Oglašavanje na portalu

Zašto se membrana naziva univerzalna strukturna jedinica ćelije? Stanična membrana: njena struktura i funkcija. Funkcije vanjske membrane ćelije

Kratki opis:

Sazonov V.F. 1_1 Struktura ćelijske membrane [Elektronski izvor] // Kineziolog, 2009-2018: [stranica]. Datum ažuriranja: 06.02.2018 ..__. 201_). _ Opisana je struktura i funkcionisanje ćelijske membrane (sinonimi: plazmalema, plazmolema, biomembrana, ćelijska membrana, spoljna ćelijska membrana, ćelijska membrana, citoplazmatska membrana). Ove početne informacije potrebne su kako za citologiju, tako i za razumijevanje procesa živčane aktivnosti: nervna ekscitacija, inhibicija, rad sinapsi i senzornih receptora.

Stanična membrana (plazma a lema ili plazma O lema)

Definicija pojma

Stanična membrana (sinonimi: plazmalema, plazmolema, citoplazmatska membrana, biomembrana) je trostruka lipoproteinska (tj. "Masno-proteinska") membrana koja odvaja ćeliju od okoline i vrši kontroliranu razmjenu i komunikaciju između ćelije i okoline.

Glavna stvar u ovoj definiciji nije da membrana odvaja ćeliju od okoline, već upravo to da je ona povezuje kavez sa okolinom. Membrana je aktivna strukturu ćelije, ona neprestano radi.

Biološka membrana je ultratanki bimolekularni film fosfolipida optočen proteinima i polisaharidima. Ova stanična struktura u osnovi je barijernih, mehaničkih i matričnih svojstava živog organizma (Antonov V.F., 1996).

Figurativni prikaz membrane

Za mene, stanična membrana izgleda kao rešetkasta ograda s mnogo vrata u njoj, koja okružuje određenu teritoriju. Svako malo živo biće može se slobodno kretati naprijed -nazad kroz ovu ogradu. Ali veći posjetitelji mogu ući samo kroz vrata, pa čak ni tada ne svi. Različiti posjetitelji imaju ključeve samo od svojih vrata i ne mogu proći kroz vrata drugih ljudi. Dakle, kroz ovu ogradu stalno dolazi dotok posjetitelja naprijed-natrag, jer je glavna funkcija membranske ograde dvostruka: odvojiti teritorij od okolnog prostora i istovremeno ga povezati s okolnim prostorom. U tu svrhu postoji mnogo rupa i vrata u ogradi - !

Svojstva membrane

1. Propusnost.

2. Polupropusnost (djelomična propusnost).

3. Selektivna (sinonim: selektivna) propusnost.

4. Aktivna propusnost (sinonim: aktivni transport).

5. Kontrolisana propusnost.

Kao što vidite, glavno svojstvo membrane je njena propusnost za različite tvari.

6. Fagocitoza i pinocitoza.

7. Egzocitoza.

8. Prisustvo električnih i hemijskih potencijala, tačnije razlika potencijala između unutrašnje i vanjske strane membrane. Slikovito to možemo reći "membrana pretvara ćeliju u" električnu bateriju "kontroliranjem ionskih tokova"... Detalji: .

9. Promjene električnog i hemijskog potencijala.

10. Razdražljivost. Posebni molekularni receptori smješteni na membrani mogu se vezati sa signalnim (kontrolnim) tvarima, uslijed čega se može promijeniti stanje membrane i cijele ćelije. Molekularni receptori pokreću biokemijske reakcije kao odgovor na kombinaciju liganda (kontrolnih tvari) s njima. Važno je napomenuti da signalna tvar djeluje na receptor izvana, a promjene se nastavljaju unutar ćelije. Ispostavilo se da je membrana prenijela informacije iz okoline u unutarnje okruženje ćelije.

11. Katalitička enzimska aktivnost. Enzimi mogu biti ugrađeni u membranu ili povezani s njenom površinom (unutar i izvan ćelije) i tamo obavljaju svoju enzimsku aktivnost.

12. Promjena oblika površine i njene površine. To omogućuje membrani da formira izrasline prema van ili, obrnuto, invaginaciju u stanicu.

13. Sposobnost uspostavljanja kontakata s drugim staničnim membranama.

14. Adhezija je sposobnost prianjanja na čvrste površine.

Kratak popis svojstava membrane

  • Propusnost.
  • Endocitoza, egzocitoza, transcitoza.
  • Potencijali.
  • Razdražljivost.
  • Aktivnost enzima.
  • Kontakti.
  • Adhezija.

Membranske funkcije

1. Nepotpuna izolacija internog sadržaja od vanjskog okruženja.

2. Glavna stvar u radu ćelijske membrane je razmjena razne tvari između ćelije i međućelijskog okruženja. To je posljedica takvog svojstva membrane kao propusnost. Osim toga, membrana regulira ovu izmjenu regulirajući njezinu propusnost.

3. Druga važna funkcija membrane je stvarajući razliku u hemijskim i električnim potencijalima između njegove unutrašnje i spoljne strane. Zbog toga unutar ćelije postoji negativan električni potencijal -.

4. Kroz membranu se također provodi razmena informacija između ćelije i njenog okruženja. Posebni molekularni receptori smješteni na membrani mogu se vezati za tvari koje kontroliraju (hormone, medijatore, modulatore) i pokrenuti biokemijske reakcije u stanici, što dovodi do različitih promjena u funkcioniranju stanice ili u njenim strukturama.

Video:Struktura ćelijske membrane

Video predavanje:Detalji o strukturi membrane i transportu

Membranska konstrukcija

Ćelijska membrana je svestrana troslojni struktura. Njegov srednji masni sloj je kontinuiran, a gornji i donji proteinski sloj prekrivaju ga u obliku mozaika odvojenih proteinskih područja. Masni sloj je osnova koja osigurava izolaciju stanice od okoline, izolirajući je od okoline. Sam po sebi, vrlo slabo prodire u tvari topive u vodi, ali lako propušta tvari topive u mastima. Stoga, propusnost membrane za tvari topive u vodi (na primjer, ione) mora biti osigurana posebnim proteinskim strukturama - i.

Ispod su fotomikrografije pravih ćelijskih membrana koje dolaze u dodir sa stanicama, dobijene elektronskim mikroskopom, kao i shematski crtež koji prikazuje troslojnu membranu i mozaičnost njenih proteinskih slojeva. Da biste uvećali sliku, kliknite na nju.

Odvojena slika unutrašnjeg lipidnog (masnog) sloja ćelijske membrane, prožeta integralnim ugrađenim proteinima. Gornji i donji slojevi proteina uklonjeni su kako ne bi ometali pregled lipidnog dvosloja

Slika iznad: Nepotpuni shematski prikaz ćelijske membrane (ćelijske stjenke) kako je prikazano na Wikipediji.

Imajte na umu da su vanjski i unutarnji proteinski sloj uklonjeni iz membrane kako bismo mogli bolje vidjeti središnji masni dvostruki lipidni sloj. U pravoj staničnoj membrani, veliki proteinski "otoci" lebde iznad i ispod duž masnog filma (male loptice na slici), a membrana se ispostavila da je deblja, troslojna: protein-mast-protein ... Dakle, zapravo izgleda kao sendvič od dvije proteinske "kriške kruha" s debelim slojem "maslaca" u sredini, tj. ima troslojnu strukturu, a ne dvoslojnu.

Na ovoj slici male plavo-bijele kuglice odgovaraju hidrofilnim (vlažnim) lipidnim "glavama", a "žice" koje su im pričvršćene odgovaraju hidrofobnim ("ne vlaživim") repovima. Od proteina, prikazani su samo integralni membranski proteini s kraja na kraj (crvene kuglice i žute spirale). Žute ovalne točkice unutar membrane su molekule kolesterola, a žuto-zeleni lanci perlica s vanjske strane membrane su oligosaharidni lanci koji tvore glikokaliks. Glikokaliks je poput "pahuljice" ugljikohidrata ("šećera") na membrani koju tvore dugi molekuli proteina ugljikohidrata koji vire iz nje.

Alive je mala vrećica "protein-mast" ispunjena polutečnim sadržajem nalik želeu, prožetom filmovima i cijevima.

Zidovi ove vrećice formirani su dvostrukim masnim (lipidnim) filmom, prekrivenim bjelančevinama iznutra i izvana - staničnom membranom. Stoga se kaže da membrana ima troslojna struktura : protein-mast-protein... Unutar ćelije postoji mnogo sličnih masnih membrana koje njen unutrašnji prostor dijele na odjeljke. Ćelijske organele okružene su istim membranama: jezgrom, mitohondrijama, kloroplastima. Dakle, membrana je univerzalna molekularna struktura svojstvena svim stanicama i svim živim organizmima.

S lijeve strane nije stvaran, već umjetni model komada biološke membrane: ovo je trenutni snimak dvosloja masnog fosfolipida (tj. Dvostrukog sloja) u procesu modeliranja njegove molekularne dinamike. Prikazana je izračunata ćelija modela - 96 molekula računara ( f osfatidil NS olina) i 2304 molekula vode, ukupno 20544 atoma.

S desne strane je vizualni model jedne molekule tog samog lipida, od kojeg je sastavljen membranski lipidni dvosloj. Pri vrhu ima hidrofilnu (vodoljubivu) glavu, a pri dnu dva hidrofobna (uplašena vode) repa. Ovaj lipid ima jednostavno ime: 1-steroil-2-dokozaheksaenoil-Sn-glicero-3-fosfatidilholin (18: 0/22: 6 (n-3) cis PC), ali ne morate ga zapamtiti osim ako planirajte dovesti svog učitelja u nesvjest s dubinom vašeg znanja.

Može se dati preciznija naučna definicija ćelije:

Ograničena je aktivnom membranom, uređenim, strukturiranim heterogenim sustavom biopolimera koji sudjeluje u jednom skupu metaboličkih, energetskih i informacijskih procesa, a također provodi održavanje i reprodukciju cijelog sustava u cjelini.

Unutar ćelije je također prožeta membranama, a između membrana nema vode, već viskozni gel / sol promjenjive gustoće. Stoga molekule u interakciji u ćeliji ne plutaju slobodno, kao u epruveti s vodenom otopinom, već uglavnom sjede (imobilizirane) na polimernim strukturama citoskeleta ili unutarstaničnim membranama. Stoga se kemijske reakcije odvijaju unutar ćelije gotovo kao u čvrstom stanju, a ne u tekućini. Vanjska membrana koja okružuje ćeliju također je prekrivena enzimima i molekularnim receptorima, što je čini vrlo aktivnim dijelom ćelije.

Stanična membrana (plazmalema, plazmolema) aktivna je membrana koja odvaja ćeliju od okoline i povezuje je s okolinom. © Sazonov V.F., 2016.

Iz ove definicije membrane proizlazi da ona ne ograničava samo ćeliju, već aktivno radi povezujući ga sa svojom okolinom.

Mast od koje su membrane sastavljene je posebna, pa se njeni molekuli obično ne nazivaju samo masnoćom, već "Lipidi", "fosfolipidi", "sfingolipidi"... Membranski film je dvostruki, odnosno sastoji se od dva filma međusobno priljubljena. Stoga u udžbenicima pišu da se osnova stanične membrane sastoji od dva sloja lipida (ili " dvoslojni", tj. dvostruki sloj). Za svaki zasebni lipidni sloj jedna se strana može navlažiti vodom, a druga ne može. Dakle, ovi se filmovi lijepe jedni za druge sa svojim stranama koje se ne vlaže.

Membrana bakterija

Stanična membrana prokariotskih gram-negativnih bakterija sastoji se od nekoliko slojeva, prikazanih na donjoj slici.
Prevlačni slojevi gram-negativnih bakterija:
1. Unutrašnja troslojna citoplazmatska membrana koja je u kontaktu sa citoplazmom.
2. Ćelijski zid koji se sastoji od mureina.
3. Spoljna troslojna citoplazmatska membrana, koja ima isti sistem lipida sa kompleksima proteina kao i unutrašnja membrana.
Komunikacija gram-negativnih bakterijskih stanica s vanjskim svijetom kroz tako složenu trostupanjsku strukturu ne daje im prednost u preživljavanju u teškim uvjetima u odnosu na gram-pozitivne bakterije, koje imaju manje moćnu membranu. Jednako loše podnose visoke temperature, kiselost i pad pritiska.

Video predavanje:Plazma membrana. E.V. Cheval, Ph.D.

Video predavanje:Membrana kao granica ćelije. SVEDOK L -64 - ODGOVOR: Ilyaskin

Značaj ionskih kanala membrane

Lako je razumjeti da samo masne tvari topljive mogu ući u stanicu kroz masnu membranu. To su masti, alkoholi, plinovi. Na primjer, u eritrocitima kisik i ugljični dioksid lako prolaze unutra i van direktno kroz membranu. Ali voda i tvari topive u vodi (na primjer ioni) jednostavno ne mogu proći kroz membranu u bilo koju ćeliju. To znači da im trebaju posebne rupe. Ali ako samo napravite rupu u masnom filmu, on će se odmah povući. Šta učiniti? Pronađen je izlaz u prirodi: potrebno je napraviti posebne transportne strukture proteina i istezati ih kroz membranu. Tako se dobivaju kanali za prolaz tvari netopivih u mastima - ionski kanali stanične membrane.

Dakle, da bi svojoj membrani dala dodatna svojstva propusnosti za polarne molekule (ione i vodu), stanica sintetizira posebne proteine ​​u citoplazmi, koji se zatim ugrađuju u membranu. Oni su dvije vrste: transporter proteina (na primjer, transport ATPases) i proteini koji stvaraju kanale (proizvođači kanala). Ovi proteini su ugrađeni u dvostruki masni sloj membrane i tvore transportne strukture u obliku transportera ili u obliku ionskih kanala. Različite tvari topive u vodi sada mogu proći kroz ove transportne strukture, koje inače ne mogu proći kroz film masne membrane.

Općenito se nazivaju i proteini ugrađeni u membranu integralni, upravo zato što se čini da su uključene u sastav membrane i prodiru kroz nju. Drugi proteini, koji nisu integralni, formiraju, takoreći, ostrva koja "plutaju" na površini membrane: ili po njenoj vanjskoj površini, ili po unutrašnjoj. Uostalom, svi znaju da je mast dobro mazivo i da se po njoj lako klizi!

zaključci

1. Općenito, membrana je troslojna:

1) vanjski sloj proteinskih "otoka",

2) masno dvoslojno "more" (lipidni dvosloj), tj. dvostruki lipidni film,

3) unutrašnji sloj proteinskih "ostrva".

Ali postoji i labavi vanjski sloj - glikokaliks, koji nastaje glikoproteinima koji strše iz membrane. Oni su molekularni receptori za koje se vežu agensi za kontrolu signalizacije.

2. U membranu su ugrađene posebne proteinske strukture koje osiguravaju njenu propusnost za ione ili druge tvari. Ne zaboravite da je na nekim mjestima more masti prožeto integralnim proteinima kroz i kroz. Posebni su integralni proteini transportne konstrukcije ćelijske membrane (vidi odeljak 1_2 Membranski transportni mehanizmi). Kroz njih tvari ulaze u ćeliju, a također se uklanjaju iz ćelije prema van.

3. S obje strane membrane (vanjske i unutarnje), kao i unutar membrane, mogu se nalaziti enzimski proteini koji utječu i na stanje same membrane i na život cijele ćelije.

Dakle, stanična membrana je aktivna promjenjiva struktura koja aktivno radi u interesu cijele ćelije i povezuje je sa vanjskim svijetom, a nije samo "zaštitna ljuska". Ovo je najvažnije što trebate znati o staničnoj membrani.

U medicini se membranski proteini često koriste kao mete za lijekove. Receptori djeluju kao takve mete, jonskih kanala, enzimi, transportni sistemi. Nedavno je, osim membrane, meta za ljekovite tvari takođe postaju geni skriveni u jezgri ćelije.

Video:Uvod u biofiziku ćelijske membrane: Struktura membrana 1 (Vladimirov Yu.A.)

Video:Istorija, struktura i funkcija ćelijske membrane: Membranska konstrukcija 2 (Vladimirov Yu.A.)

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

Ćelijska membrana je ultratanki film na površini ćelije ili ćelijske organele, koji se sastoji od bimolekularnog lipidnog sloja sa ugrađenim proteinima i polisaharidima.

Membranske funkcije:

  • · Barijera - osigurava reguliran, selektivan, pasivan i aktivan metabolizam s okolinom. Na primjer, membrana peroksisoma štiti citoplazmu od peroksida koji su štetni za ćeliju. Selektivna propusnost znači da propusnost membrane za različite atome ili molekule ovisi o njihovoj veličini, električnom naboju i kemijskim svojstvima. Selektivna propusnost osigurava odvajanje ćelije i ćelijskih odjeljaka od okoline i opskrbljuje ih potrebnim tvarima.
  • · Transport - tvari se transportiraju kroz membranu u ćeliju i iz nje. Transport kroz membrane osigurava: isporuku hranjivih tvari, uklanjanje krajnjih produkata metabolizma, lučenje različitih tvari, stvaranje ionskih gradijenata, održavanje optimalne pH i koncentracije iona u stanici, koji su neophodni za funkcioniranje staničnih enzima. Čestice koje iz bilo kojeg razloga ne mogu prijeći fosfolipidni dvosloj (na primjer, zbog hidrofilnih svojstava, budući da je unutrašnja membrana hidrofobna i ne dopušta prolaz hidrofilnih tvari, ili zbog njihove velike veličine), ali potrebne za stanicu , mogu prodrijeti u membranu kroz posebne proteine ​​nosače (transportere) i proteine ​​kanala ili endocitozom. Kod pasivnog transporta tvari prelaze lipidni dvosloj bez potrošnje energije uz gradijent koncentracije difuzijom. Varijanta ovog mehanizma je olakšana difuzija, u kojoj određeni molekul pomaže tvari da prođe kroz membranu. Ova molekula može imati kanal koji propušta samo jednu vrstu tvari. Aktivni transport zahtijeva potrošnju energije, jer se javlja u odnosu na gradijent koncentracije. Na membrani postoje posebni proteini pumpe, uključujući ATPazu, koja aktivno ispumpava ione kalija (K +) u ćeliju i iz nje ispumpava natrijeve ione (Na +).
  • Matrix - osigurava određeni međusobni raspored i orijentaciju membranskih proteina, njihovu optimalnu interakciju.
  • Mehanički - osigurava autonomiju ćelije, njenu unutarstaničnu strukturu, kao i vezu s drugim stanicama (u tkivima). Stanične stijenke imaju važnu ulogu u osiguravanju mehaničke funkcije, a kod životinja međustanične tvari.
  • Energija - tokom fotosinteze u kloroplastima i staničnog disanja u mitohondrijama, sustavi prijenosa energije djeluju u njihovim membranama, u koje su uključeni i proteini;
  • Receptor - neki proteini u membrani su receptori (molekuli kroz koje ćelija percipira određene signale). Na primjer, hormoni koji cirkuliraju u krvi djeluju samo na ciljne stanice koje imaju receptore koji odgovaraju tim hormonima. Neurotransmiteri ( hemijske supstance osiguravajući to nervni impulsi) se takođe vezuju za posebne receptorske proteine ​​ciljnih ćelija.
  • Enzimski - membranski proteini su često enzimi. Na primjer, plazma membrane epitelnih stanica crijeva sadrže probavne enzime.
  • · Implementacija stvaranja i provođenja biopotencijala. Uz pomoć membrane održava se konstantna koncentracija iona u ćeliji: koncentracija iona K + unutar ćelije je mnogo veća nego vani, a koncentracija Na + je mnogo niža, što je vrlo važno, budući da je ovo osigurava održavanje razlike potencijala na membrani i stvaranje živčanog impulsa.
  • · Označavanje ćelija - na membrani postoje antigeni koji djeluju kao markeri - "oznake" koje vam omogućuju da identificirate ćeliju. To su glikoproteini (odnosno proteini sa vezanim razgranatim oligosaharidnim bočnim lancima) koji igraju ulogu "antena". Zbog bezbroj konfiguracija bočnih lanaca, moguće je napraviti poseban marker za svaki tip ćelije. Uz pomoć markera, stanice mogu prepoznati druge stanice i djelovati u skladu s njima, na primjer, tijekom stvaranja organa i tkiva. Takođe omogućava imunološkom sistemu da prepozna strane antigene.

Neki proteinski molekuli slobodno se difundiraju u ravnini lipidnog sloja; u normalnom stanju, dijelovi proteinskih molekula koji izlaze sa suprotnih strana stanične membrane ne mijenjaju svoj položaj.

Specifična morfologija staničnih membrana određuje njihove električne karakteristike, među kojima su najvažniji kapacitet i vodljivost.

Kapacitivna svojstva uglavnom određuju fosfolipidni dvosloj, koji je nepropustan za hidratizirane ione i istovremeno dovoljno tanak (oko 5 nm) da osigura učinkovito razdvajanje i nakupljanje naboja, te elektrostatičku interakciju kationa i aniona. Osim toga, kapacitivna svojstva staničnih membrana jedan su od razloga koji određuju vremenske karakteristike električnih procesa koji se javljaju na staničnim membranama.

Provodljivost (g) je recipročna vrijednost električnog otpora i jednaka je omjeru ukupne transmembranske struje za dati ion prema vrijednosti koja je uzrokovala njegovu transmembransku razliku potencijala.

Različite tvari mogu difundirati kroz dvosloj fosfolipida, a stupanj propusnosti (P), odnosno sposobnost stanične membrane da prođe kroz te tvari, ovisi o razlici u koncentraciji difuzne tvari s obje strane membrane, njegova topljivost u lipidima i svojstva stanične membrane. Brzina difuzije nabijenih iona u stalnom polju u membrani određena je pokretljivošću iona, debljinom membrane i distribucijom iona u membrani. Za ne-elektrolite, propusnost membrane ne utječe na njezinu vodljivost, budući da ne-elektroliti ne nose naboje, odnosno ne mogu prenositi električnu struju.

Vodljivost membrane je mjera njene ionske propusnosti. Povećanje vodljivosti ukazuje na povećanje broja iona koji prolaze kroz membranu.

Važno svojstvo bioloških membrana je fluidnost. Sve ćelijske membrane su mobilne fluidne strukture: većina njihovih sastavnih molekula lipida i proteina može se prilično brzo kretati u membranskoj ravni

Membrana je super fina struktura koja tvori površine organela i ćelije u cjelini. Sve membrane imaju sličnu strukturu i povezane su u jedan sistem.

Hemijski sastav

Stanične membrane su kemijski homogene i sastoje se od proteina i lipida različitih skupina:

  • fosfolipidi;
  • galaktolipidi;
  • sulfolipidi.

Oni takođe uključuju nukleinske kiseline, polisaharidi i druge tvari.

Fizička svojstva

Na normalnim temperaturama, membrane su u stanju tekućeg kristala i stalno se mijenjaju. Viskoznost im je blizu viskoznosti biljnog ulja.

Membrana je obnovljiva, izdržljiva, elastična i porozna. Debljina membrana je 7-14 nm.

TOP-4 članakakoji su čitali zajedno sa ovim

Membrana je nepropusna za velike molekule. Male molekule i ioni mogu proći kroz pore i samu membranu pod utjecajem razlika koncentracija na različitim stranama membrane, kao i uz pomoć transportnih proteina.

Model

Obično se struktura membrana opisuje pomoću modela fluid-mozaik. Membrana ima okvir - dva reda molekula lipida, čvrsto nalik cigle jedna do druge.

Pirinač. 1. Biološka membrana sendvič tipa.

S obje strane, površina lipida prekrivena je proteinima. Mozaik se sastoji od molekula proteina neravnomjerno raspoređenih po površini membrane.

Prema stupnju uronjenosti u bilipidni sloj, proteinske molekule se dijele na tri grupe:

  • transmembranski;
  • potopljen;
  • površno.

Proteini pružaju glavno svojstvo membrane - njenu selektivnu propusnost za različite tvari.

Vrste membrana

Sve stanične membrane prema lokalizaciji mogu se podijeliti na sledeće vrste:

  • na otvorenom;
  • nuklearna;
  • membrane organela.

Spoljna citoplazmatska membrana, ili plazmolema, je granica ćelije. Povezujući se s elementima citoskeleta, održava svoj oblik i veličinu.

Pirinač. 2. Citoskelet.

Nuklearna membrana ili kariolema je granica nuklearnog sadržaja. Sagrađen je od dvije membrane, vrlo slične vanjskoj. Vanjska membrana jezgre povezana je s membranama endoplazmatski retikulum(EPS) i, kroz pore, sa unutrašnjom membranom.

EPS membrane prodiru u cijelu citoplazmu, tvoreći površine na kojima se sintetiziraju različite tvari, uključujući membranske proteine.

Organoidne membrane

Većina organela ima membransku strukturu.

Zidovi su izgrađeni od jedne membrane:

  • kompleks Golgi;
  • vakuole;
  • lizosomi.

Plastidi i mitohondriji izgrađeni su od dva sloja membrana. Njihova vanjska membrana je glatka, a unutarnja stvara mnogo nabora.

Posebnosti fotosintetskih membrana kloroplasta su ugrađeni molekuli klorofila.

Životinjske stanice imaju sloj ugljikohidrata na površini vanjske membrane koji se naziva glikokaliks.

Pirinač. 3. Glikokaliks.

Glikokaliks je najrazvijeniji u stanicama crijevnog epitela, gdje stvara uvjete za probavu i štiti plazmolemu.

Tablica "Struktura stanične membrane"

Šta smo naučili?

Ispitali smo strukturu i funkciju stanične membrane. Membrana je selektivna (selektivna) barijera ćelije, jezgre i organela. Struktura stanične membrane opisana je modelom tekućeg mozaika. Prema ovom modelu, proteinski molekuli ugrađeni su u dvostruki sloj viskoznih lipida.

Test po temi

Ocjena izvještaja

Prosječna ocjena: 4.5. Ukupno primljenih ocjena: 100.

Cell- samoregulirajuća strukturna i funkcionalna jedinica tkiva i organa. Ćelijsku teoriju strukture organa i tkiva razvili su Schleiden i Schwann 1839. Kasnije je elektronskom mikroskopijom i ultracentrifugiranjem bilo moguće razjasniti strukturu svih glavnih organela životinjskih i biljnih stanica (slika 1).

Pirinač. 1. Shema strukture ćelije životinjskih organizama

Glavni dijelovi ćelije su citoplazma i jezgra. Svaka ćelija okružena je vrlo tankom membranom koja ograničava njen sadržaj.

Ćelijska membrana se naziva plazma membrana i karakterizira ga selektivna propusnost. Ovo svojstvo dopušta esencijalne hranjive tvari i hemijski elementi prodiru u ćeliju, a višak proizvoda je napušta. Plazma membrana se sastoji od dva sloja molekula lipida s uključenim specifičnim proteinima. Glavni lipidi membrane su fosfolipidi. Sadrže fosfor, polarnu glavu i dva nepolarna repa dugolančanih masnih kiselina. Membranski lipidi uključuju holesterol i estre holesterola. U skladu sa tečno-mozaičkim modelom strukture, membrane sadrže inkluzije proteinskih i lipidnih molekula koje se mogu miješati u odnosu na dvosloj. Svaki tip membrane bilo koje životinjske stanice karakterizira vlastiti relativno konstantan sastav lipida.

Strukturno, membranski proteini podijeljeni su u dvije vrste: integralni i periferni. Periferni proteini mogu se ukloniti iz membrane bez njenog uništavanja. Postoje četiri vrste membranskih proteina: transportni proteini, enzimi, receptori i strukturni proteini. Neki membranski proteini imaju enzimsku aktivnost, dok drugi vežu određene tvari i olakšavaju njihov prijenos u stanicu. Proteini pružaju nekoliko puteva za kretanje tvari kroz membrane: tvore velike pore, koje se sastoje od nekoliko proteinskih podjedinica, koje omogućuju kretanje molekula vode i iona između stanica; formiraju ionske kanale specijalizirane za kretanje određenih vrsta iona po membrani pod određenim uvjetima. Strukturni proteini povezani su s unutarnjim lipidnim slojem i osiguravaju citoskelet stanice. Citoskelet daje mehaničku čvrstoću ćelijskoj membrani. U različitim membranama proteini čine 20 do 80% mase. Membranski proteini se mogu slobodno kretati u bočnoj ravnini.

Membrana također sadrži ugljikohidrate, koji se mogu kovalentno vezati za lipide ili proteine. Postoje tri vrste membranskih ugljikohidrata: glikolipidi (gangliozidi), glikoproteini i proteoglikani. Većina membranskih lipida je u tekućem stanju i ima određenu fluidnost, tj. mogućnost kretanja iz jednog područja u drugo. Na vanjskoj strani membrane nalaze se receptorska mjesta koja vežu različite hormone. Druge specifične membranske regije mogu prepoznati i vezati neke proteine ​​strane ovim stanicama i niz biološki aktivnih spojeva.

Unutrašnji prostor ćelije ispunjen je citoplazmom u kojoj se odvija većina reakcija staničnog metabolizma katalizirana enzimima. Citoplazma se sastoji od dva sloja: unutrašnjeg, zvanog endoplazma, i perifernog, ektoplazme, koja je vrlo viskozna i bez granula. Sve komponente ćelije ili organela nalaze se u citoplazmi. Najvažniji organeli ćelije su endoplazmatski retikulum, ribosomi, mitohondriji, Golgijev aparat, lizosomi, mikrofilamenti i mikrotubule, peroksisomi.

Endoplazmatski retikulum je sistem međusobno povezanih kanala i šupljina koji prožimaju cijelu citoplazmu. Omogućuje transport tvari iz okoliša i unutar ćelija. Endoplazmatski retikulum služi i kao skladište za unutarstanične ione Ca 2+ i služi kao glavno mjesto za sintezu lipida u stanici.

Ribosomi - mikroskopske sferne čestice promjera 10-25 nm. Ribosomi se slobodno nalaze u citoplazmi ili su pričvršćeni na vanjsku površinu membrana endoplazmatskog retikuluma i nuklearne membrane. Oni stupaju u interakciju s glasničkom i transportnom RNK, a u njima se sintetiziraju proteini. Oni sintetiziraju proteine ​​koji ulaze u vodokotliće ili Golgijev aparat, a zatim se oslobađaju van. Ribosomi, koji se slobodno nalaze u citoplazmi, sintetiziraju protein za upotrebu u samoj ćeliji, a ribosomi povezani s endoplazmatskim retikulumom proizvode protein koji se uklanja iz stanice. U ribosomima se sintetiziraju različiti funkcionalni proteini: proteini nosači, enzimi, receptori, proteini citoskeleta.

Golgijev aparat formirana sistemom tubula, cisterni i vezikula. Povezan je s endoplazmatskim retikulumom, a biološki aktivne tvari koje se ovdje primaju pohranjuju se u zbijenom obliku u sekretorne vezikule. Potonji se stalno odvajaju od Golgijevog aparata, transportiraju do stanične membrane i spajaju se s njom, a tvari sadržane u vezikulama uklanjaju se iz stanice tijekom egzocitoze.

Lizosomi -čestice okružene membranom veličine 0,25-0,8 mikrona. Sadrže brojne enzime koji sudjeluju u razgradnji proteina, polisaharida, masti, nukleinskih kiselina, bakterija i stanica.

Peroksisomi nastale iz glatkog endoplazmatskog retikuluma, nalikuju lizosomima i sadrže enzime koji kataliziraju razgradnju vodikovog peroksida, koji se razgrađuje pod utjecajem peroksidaza i katalaze.

Mitohondrije sadrže vanjske i unutarnje membrane i "elektrana" ćelije. Mitohondrije su okrugle ili izdužene strukture s dvostrukom opnom. Unutrašnja membrana formira nabore koji strše u mitohondrije - kristale. Oni sintetiziraju ATP, oksidiraju podloge Krebsovog ciklusa i provode mnoge biokemijske reakcije. Molekule ATP nastale u mitohondrijima difundiraju u sve dijelove ćelije. Mitohondrije sadrže malu količinu DNK, RNK, ribosoma, a uz njihovo sudjelovanje dolazi do obnove i sinteze novih mitohondrija.

Mikrofilamenti su tanke proteinske niti, koje se sastoje od miozina i aktina, i tvore kontraktilni aparat ćelije. Mikrofilamenti su uključeni u stvaranje nabora ili izbočina stanične membrane, kao i u kretanje različitih struktura unutar stanica.

Mikrotubulečine osnovu citoskeleta i osiguravaju njegovu snagu. Citoskelet daje stanicama karakterističan izgled i oblik, služi kao mjesto vezivanja za unutarstanične organele i različita tijela. U živčanim stanicama snopovi mikrotubula sudjeluju u transportu tvari od ćelijskog tijela do krajeva aksona. Uz njihovo sudjelovanje, funkcionira mitotičko vreteno tijekom diobe stanica. Oni igraju ulogu motornih elemenata u resicama i flagelama kod eukariota.

Jezgro je osnovna struktura stanice, uključena je u prijenos nasljednih svojstava i u sintezu proteina. Jezgro je okruženo nuklearnom membranom koja sadrži mnoge nuklearne pore kroz koje se razmenjuju različite supstance između jezgra i citoplazme. Unutra se nalazi jezgra. Utvrđena je važna uloga nukleolusa u sintezi ribosomske RNA i histonskih proteina. Ostatak jezgre sadrži kromatin, koji se sastoji od DNK, RNK i brojnih specifičnih proteina.

Funkcije stanične membrane

Stanične membrane igraju važnu ulogu u regulaciji unutarstaničnog i međustaničnog metabolizma. Selektivno su propusni. Njihova specifična struktura omogućuje pružanje barijernih, transportnih i regulatornih funkcija.

Barijerna funkcija očituje se u ograničavanju prodora spojeva otopljenih u vodi kroz membranu. Membrana je nepropusna za velike molekule proteina i organske anione.

Regulatorna funkcija Membrana se sastoji u regulaciji unutarstaničnog metabolizma kao odgovor na kemijske, biološke i mehaničke utjecaje. Posebni membranski receptori percipiraju različite utjecaje s naknadnom promjenom aktivnosti enzima.

Transportna funkcija kroz biološke membrane može se provesti pasivno (difuzija, filtracija, osmoza) ili aktivnim transportom.

Difuzija - kretanje plina ili topljive tvari duž koncentracije i elektrohemijski gradijent... Brzina difuzije ovisi o propusnosti stanične membrane, kao i o koncentracijskom gradijentu za nenabijene čestice, električnim i gradijenti koncentracije za naelektrisane čestice. Jednostavna difuzija javlja se kroz lipidni dvosloj ili kroz kanale. Naelektrisane čestice se kreću prema elektrohemijskom gradijentu, dok se nenaelektrisane čestice kreću prema hemijskom gradijentu. Na primjer, kisik, steroidni hormoni, urea, alkohol itd. Prodiru jednostavnom difuzijom kroz lipidni sloj membrane. Kroz kanale se kreću različiti ioni i čestice. Jonske kanale tvore proteini i dijele se na kontrolirane i nekontrolirane kanale. Ovisno o selektivnosti, pravi se razlika između ion-selektivnih užadi koji propuštaju samo jedan ion i kanala koji nemaju selektivnost. Kanali imaju otvor i selektivni filter, a kontrolisani kanali takođe imaju mehanizam kapije.

Olakšana difuzija - proces u kojem se tvari transportiraju kroz membranu pomoću posebnih proteina nositelja membrane. Na taj način aminokiseline i monosaharidi ulaze u ćeliju. Ova vrsta transporta je veoma brza.

Osmoza - kretanje vode kroz membranu iz otopine s nižim u otopinu s većim osmotskim tlakom.

Aktivni transport - transport tvari protiv gradijenta koncentracije pomoću transportnih ATPaza (ionske pumpe). Ovaj prijenos se odvija uz utrošak energije.

U većoj mjeri su proučavane Na + / K + -, Ca 2+ -i H + -pumpe. Pumpe se nalaze na staničnim membranama.

Vrsta aktivnog transporta su endocitoza i egzocitoza. Ovi mehanizmi transportiraju veće tvari (proteine, polisaharide, nukleinske kiseline) koje se ne mogu transportirati kanalima. Ovaj transport je češći u epitelnim stanicama crijeva, bubrežnim tubulima i vaskularnom endotelu.

At endocitoza, ćelijske membrane formiraju invagacije u ćeliju, koje se odvajaju i pretvaraju u vezikule. Tijekom egzocitoze mjehurići sa svojim sadržajem prenose se u staničnu membranu i stapaju se s njom, a sadržaj mjehurića oslobađa se u izvanćelijsko okruženje.

Struktura i funkcija stanične membrane

Da bismo razumjeli procese koji osiguravaju postojanje električnih potencijala u živim stanicama, prije svega potrebno je razumjeti strukturu stanične membrane i njena svojstva.

Trenutno je najpriznatiji model membrane s tekućim mozaikom koji su predložili S. Singer i G. Nicholson 1972. Membrana se temelji na dvostrukom sloju fosfolipida (dvosloj) čiji su hidrofobni fragmenti molekula uronjeni u debljinu membrane, a polarne hidrofilne grupe su orijentirane prema van, tj. u okolno vodeno okruženje (slika 2).

Membranski proteini su lokalizirani na površini membrane ili se mogu ugraditi na različitim dubinama u hidrofobnu zonu. Neki proteini prožimaju membranu, a različite hidrofilne grupe istog proteina nalaze se s obje strane stanične membrane. Proteini koji se nalaze u plazma membrani imaju vrlo važnu ulogu: sudjeluju u stvaranju ionskih kanala, igraju ulogu membranskih pumpi i nosača različitih tvari, a mogu obavljati i funkciju receptora.

Glavne funkcije stanične membrane: barijerna, transportna, regulatorna, katalitička.

Barijerna funkcija je ograničiti difuziju spojeva topljivih u vodi kroz membranu, što je potrebno za zaštitu stanica od stranih, otrovnih tvari i za održavanje relativno konstantnog sadržaja različitih tvari unutar stanica. Tako stanična membrana može usporiti difuziju različitih tvari 100.000-10.000.000 puta.

Pirinač. 2. Trodimenzionalna shema modela tekućine-mozaika Singer-Nicholsonove membrane

Prikazani su globularni integralni proteini ugrađeni u lipidni dvosloj. Neki proteini su ionski kanali, drugi (glikoproteini) sadrže oligosaharidne bočne lance koji sudjeluju u međusobnom prepoznavanju stanica i u međustaničnom tkivu. Molekuli kolesterola blisko su smješteni uz fosfolipidne glave i fiksiraju susjedna područja "repova". Unutrašnji dijelovi repa molekule fosfolipida nisu ograničeni u svom kretanju i odgovorni su za fluidnost membrane (Bretscher, 1985)

Membrana sadrži kanale kroz koje ioni prodiru. Kanali su potencijalno zavisni i potencijalno nezavisni. Potencijalni zatvoreni kanali otvoriti kada se promijeni razlika potencijala, i potencijalno nezavisni(hormonski regulirano) otvaraju se kada receptori stupaju u interakciju sa tvarima. Kanali se mogu otvoriti ili zatvoriti zahvaljujući kapiji. U membranu su ugrađene dvije vrste vrata: aktivacija(duboko u kanalu) i inaktiviranje(na površini kanala). Kapija može biti u jednom od tri stanja:

  • otvoreno stanje (obje vrste kapija su otvorene);
  • zatvoreno stanje (vrata za aktiviranje su zatvorena);
  • stanje inaktivacije (vrata za deaktiviranje zatvorena).

Još jedna karakteristična značajka membrana je sposobnost provođenja selektivnog prijenosa anorganskih iona, hranjivih tvari i različitih metaboličkih produkata. Razlikovati sisteme pasivnog i aktivnog prijenosa (transporta) tvari. Pasivno transport se vrši putem jonskih kanala sa ili bez pomoći proteina -nosača, i njegov pokretačka snaga je razlika u elektrokemijskom potencijalu iona između unutar i izvanstaničnog prostora. Selektivnost ionskih kanala određena je njegovim geometrijskim parametrima i hemijske prirode grupe koje oblažu zidove kanala i njegova ušća.

Trenutno su najistraženiji kanali oni sa selektivnom propusnošću za Na +, K +, Ca 2+ ione, kao i za vodu (tzv. Akvaporini). Promjer ionskih kanala, prema različitim istraživanjima, iznosi 0,5-0,7 nm. Propusnost kanala može varirati, 10 7 - 10 8 iona u sekundi može proći kroz jedan ionski kanal.

Aktivan transport se odvija uz utrošak energije i obavlja se takozvanim ionskim pumpama. Ionske pumpe su molekularne proteinske strukture ugrađene u membranu i prenose ione prema većem elektrokemijskom potencijalu.

Pumpe se napajaju energijom ATP hidrolize. Trenutno su dobro proučene Na + / K + - ATPaza, Ca 2+ - ATPaza, H + - ATPaza, H + / K + - ATPaza, Mg 2+ - ATPaza, koje omogućuju kretanje Na +, K +, Ca 2+ iona, H +, Mg 2+ izolirani ili konjugirani (Na + i K +; H + i K +). Molekularni mehanizam aktivnog transporta nije u potpunosti shvaćen.

Svi živi organizmi na Zemlji sastoje se od ćelija, a svaka ćelija je okružena zaštitnom ljuskom - membranom. Međutim, funkcije membrane nisu ograničene na zaštitu organela i odvajanje jedne ćelije od druge. Ćelijska membrana je složen mehanizam koji je direktno uključen u reprodukciju, regeneraciju, ishranu, disanje i mnoge druge važne funkcije ćelije.

Izraz "ćelijska membrana" postoji skoro čitav vek. Sama riječ "membrana" prevedena s latinskog znači "film". No, u slučaju stanične membrane, bilo bi ispravnije govoriti o skupu dva filma povezana na određeni način, a, osim toga, različite strane ovih filmova imaju različita svojstva.

Stanična membrana (citolema, plazmalema) je troslojna lipoproteinska (masno-proteinska) membrana koja odvaja svaku ćeliju od susjednih stanica i okoliša i provodi kontroliranu razmjenu između stanica i okoliša.

Od odlučujućeg značaja u ovoj definiciji nije to što stanična membrana odvaja jednu ćeliju od druge, već da osigurava njenu interakciju s drugim stanicama i okolinom. Membrana je vrlo aktivna, stalno aktivna struktura ćelije, kojoj je priroda dodijelila mnoge funkcije. Iz našeg članka saznat ćete sve o sastavu, građi, svojstvima i funkcijama stanične membrane, kao i o opasnosti koju kršenja u funkcioniranju staničnih membrana predstavljaju za zdravlje ljudi.

Istorija istraživanja ćelijske membrane

Godine 1925. dva njemačka naučnika, Gorter i Grendel, uspjeli su izvesti složen eksperiment na crvenim krvnim zrncima ljudske krvi, eritrocitima. Uz pomoć osmotskog udarca, istraživači su dobili takozvane "sjene" - prazne ljuske crvenih krvnih zrnaca, zatim su ih stavile u jednu hrpu i izmjerile površinu. Sljedeći korak bio je izračunavanje količine lipida u staničnoj membrani. Uz pomoć acetona, naučnici su izolirali lipide iz "sjene" i utvrdili da su dovoljni samo za dvostruki kontinuirani sloj.

Međutim, tokom eksperimenta napravljene su dvije velike greške:

    Korištenje acetona ne dopušta izolaciju apsolutno svih lipida iz membrana;

    Površina "sjena" izračunata je na osnovu suhe težine, što je također netočno.

Budući da je prva greška dala minus u proračunima, a druga - plus, ukupni rezultat se pokazao iznenađujuće tačnim, a njemački naučnici donijeli su u naučni svijet najvažnije otkriće - lipidni dvosloj ćelijske membrane.

1935., drugi par istraživača, Danielle i Dawson, nakon dugih eksperimenata na bilipidnim filmovima, došli su do zaključka o prisutnosti proteina u staničnim membranama. Nije bilo drugog načina da se objasni zašto ovi filmovi imaju tako visoku površinsku napetost. Naučnici su javnosti predstavili shematski model ćelijske membrane, sličan sendviču, gdje homogeni lipidno-proteinski slojevi igraju ulogu kriški hljeba, a između njih, umjesto maslaca, postoji praznina.

1950. godine, uz pomoć prvog elektronskog mikroskopa, djelomično je potvrđena Danielle -Dawsonova teorija - dva sloja koja se sastoje od lipidnih i proteinskih glavica bila su jasno vidljiva na mikrofotografiji stanične membrane, a između njih prozirni prostor ispunjen samo repovima lipida i proteini.

1960., vođen tim podacima, američki mikrobiolog J. Robertson razvio je teoriju o troslojnoj strukturi staničnih membrana, koja se dugo vremena smatrala jedino ispravnom. Međutim, kako se znanost razvijala, pojavljivalo se sve više sumnji u homogenost ovih slojeva. Sa stanovišta termodinamike, takva struktura je izuzetno nepovoljna - ćelijama bi bilo vrlo teško transportirati tvari kroz i kroz cijeli "sendvič". Osim toga, dokazano je da stanične membrane različitih tkiva imaju različite debljine i načine vezivanja, koje su posljedica različitih funkcija organa.

1972. godine mikrobiolozi S.D. Singer i G.L. Nicholson je uspio objasniti sve nedosljednosti u Robertsonovoj teoriji uz pomoć novog, fluidno-mozaičnog modela ćelijske membrane. Naučnici su otkrili da je membrana heterogena, asimetrična, ispunjena tekućinom, a njezine ćelije u stalnom kretanju. I proteini koji ga čine imaju različitu strukturu i namjenu, osim toga, nalaze se na različite načine u odnosu na bilipidni sloj membrane.

Sastav stanične membrane sadrži tri vrste proteina:

    Periferna - pričvršćena na površinu filma;

    Polu-integralni- djelomično prodiru u bilipidni sloj;

    Integralni - potpuno prodiru u membranu.

Periferni proteini povezani su s glavama membranskih lipida elektrostatičkom interakcijom i nikada ne tvore kontinuirani sloj, kako se uobičajeno vjerovalo, dok polu-integralni i integralni proteini služe za transport kisika i hranjivih tvari unutar ćelije, kao i za uklanjanje raspadanja proizvodi iz njega i još mnogo toga za nekoliko važnih funkcija o kojima ćete saznati sljedeće.



Stanična membrana radi sledeće funkcije:

    Barijera - propusnost membrane za različite vrste molekula nije ista. Da bi prošla ćelijsku membranu, molekula mora imati određenu veličinu, Hemijska svojstva i električni naboj. Štetni ili neprikladni molekuli, zbog barijerne funkcije stanične membrane, jednostavno ne mogu prodrijeti u ćeliju. Na primjer, uz pomoć reakcije peroksida, membrana štiti citoplazmu od peroksida koji su za nju opasni;

    Transport - pasivna, aktivna, regulirana i selektivna izmjena prolazi kroz membranu. Pasivni metabolizam pogodan je za tvari topljive u mastima i plinove sastavljene od vrlo malih molekula. Takve tvari prodiru u i izvan ćelije bez utroška energije, slobodno, metodom difuzije. Aktivna transportna funkcija stanične membrane aktivira se kada je potrebno, ali je potrebno transportirati tvari u ćeliju ili izvan nje. Na primjer, oni s velikom molekularnom veličinom ili koji ne mogu prijeći bilipidni sloj zbog hidrofobnosti. Tada počinju raditi proteinske pumpe, uključujući ATPazu, koja je odgovorna za apsorpciju kalijevih iona u stanicu i izbacivanje natrijevih iona iz nje. Regulirani transport neophodan je za funkcije sekrecije i fermentacije, na primjer, kada stanice proizvode i luče hormone ili želučani sok. Sve ove tvari napuštaju ćelije posebnim kanalima i u određenom volumenu. A selektivna transportna funkcija povezana je s vrlo integralnim proteinima koji prožimaju membranu i služe kao kanal za ulaz i izlaz strogo definiranih vrsta molekula;

    Matriks - ćelijska membrana određuje i fiksira raspored organela međusobno (jezgro, mitohondrije, hloroplasti) i reguliše međusobnu interakciju;

    Mehanički - osigurava ograničavanje jedne ćelije iz druge, i istovremeno, - ispravno povezivanje ćelija u homogeno tkivo i otpornost organa na deformaciju;

    Zaštitna - i kod biljaka i kod životinja stanična membrana služi kao osnova za izgradnju zaštitnog okvira. Primjer je tvrdo drvo, guste kože, bodljikavog trnja. U životinjskom carstvu postoji i mnogo primjera zaštitne funkcije staničnih membrana - kornjačina korita, hitinska membrana, kopita i rogovi;

    Energija - procesi fotosinteze i staničnog disanja bili bi nemogući bez sudjelovanja proteina stanične membrane, jer ćelije uz pomoć proteinskih kanala razmjenjuju energiju;

    Receptor - proteini ugrađeni u staničnu membranu mogu imati drugu važnu funkciju. Oni služe kao receptori putem kojih stanica prima signal od hormona i neurotransmitera. A to je pak potrebno za provođenje živčanih impulsa i normalan tijek hormonskih procesa;

    Enzimska je još jedna važna funkcija svojstvena nekim proteinima stanične membrane. Na primjer, u crijevnom epitelu uz pomoć takvih proteina sintetiziraju se probavni enzimi;

    Biopotencijal- koncentracija kalijevih iona unutar ćelije je mnogo veća nego vani, a koncentracija natrijevih iona, naprotiv, veća je vani nego unutra. Ovo objašnjava potencijalnu razliku: unutar ćelije je naboj negativan, izvan pozitivan, što potiče kretanje tvari u ćeliju i prema van u bilo kojoj od tri vrste metabolizma - fagocitozi, pinocitozi i egzocitozi;

    Obilježavanje - na površini staničnih membrana postoje takozvane "oznake" - antigeni koji se sastoje od glikoproteina (proteini sa razgranatim bočnim lancima oligosaharida). Budući da bočni lanci mogu imati veliki broj konfiguracija, svaka vrsta ćelija dobiva svoju jedinstvenu oznaku koja omogućava drugim ćelijama u tijelu da ih prepoznaju iz vida i na njih pravilno reagiraju. Zato, na primjer, ljudske imunološke stanice, makrofagi, lako prepoznaju stranca koji je ušao u tijelo (infekcija, virus) i pokušavaju ga uništiti. Ista se stvar događa s bolesnim, mutiranim i starim stanicama - oznaka na njihovoj staničnoj membrani se mijenja i tijelo ih se rješava.

Stanična izmjena se odvija kroz membrane i može se provesti pomoću tri glavne vrste reakcija:

    Fagocitoza je stanični proces u kojem stanice fagocita ugrađene u membranu hvataju i probavljaju čvrste čestice hranjivih tvari. U ljudskom tijelu fagocitozu provode membrane dviju vrsta stanica: granulociti (granularni leukociti) i makrofagi (stanice ubojice imunološkog sustava);

    Pinocitoza je proces hvatanja površine stanične membrane molekula tekućine u dodiru s njom. Da bi se prehranila prema vrsti pinocitoze, ćelija na svojoj membrani raste tanke pahuljaste izrasline u obliku vitica koje, takoreći, okružuju kapljicu tekućine i dobiva se mjehurić. Najprije ovaj mjehurić strši iznad površine membrane, a zatim se "proguta" - skriva se unutar ćelije, a njeni se zidovi spajaju s unutarnjom površinom stanične membrane. Pinocitoza se javlja u gotovo svim živim stanicama;

    Egzocitoza je obrnuti proces u kojem se unutar stanice stvaraju mjehurići sa sekretornom funkcionalnom tekućinom (enzimom, hormonom) koji se moraju nekako ukloniti iz ćelije u okoliš. Zbog toga se mjehurić prvo spaja s unutarnjom površinom stanične membrane, zatim strši prema van, puca, izbacuje sadržaj i opet se spaja s površinom membrane, ovaj put izvana. Egzocitoza se javlja, na primjer, u stanicama crijevnog epitela i kore nadbubrežne žlijezde.

Stanične membrane sadrže lipide tri klase:

    Fosfolipidi;

    Glikolipidi;

    Holesterol.

Fosfolipidi (kombinacija masti i fosfora) i glikolipidi (kombinacija masti i ugljikohidrata) se, pak, sastoje od hidrofilne glave iz koje se protežu dva duga hidrofobna repa. Ali kolesterol ponekad zauzima prostor između ova dva repa i sprječava njihovo savijanje, što čini membrane nekih stanica krutim. Osim toga, molekuli kolesterola uređuju strukturu staničnih membrana i sprječavaju prijelaz polarnih molekula iz jedne ćelije u drugu.

No, najvažnija komponenta, kao što možete vidjeti iz prethodnog odjeljka o funkcijama stanične membrane, su proteini. Njihov sastav, namjena i lokacija vrlo su raznoliki, ali postoji nešto zajedničko što ih sve ujedinjuje: prstenasti lipidi uvijek se nalaze oko proteina stanične membrane. To su posebne masti koje su jasno strukturirane, stabilne, sadrže više zasićenih masnih kiselina i oslobađaju se iz membrana zajedno sa "sponzoriranim" proteinima. Ovo je neka vrsta lične zaštitne ljuske za proteine, bez koje oni jednostavno ne bi funkcionirali.

Struktura ćelijske membrane je troslojna. U sredini leži relativno homogen tekući bilipidni sloj, a vjeverice ga prekrivaju s obje strane poput mozaika, djelomično prodirući u debljinu. Odnosno, bilo bi pogrešno misliti da su vanjski proteinski slojevi stanične membrane kontinuirani. Proteini su, osim svojih složenih funkcija, potrebni u membrani kako bi prošli u stanice i iz njih prenijeli one tvari koje nisu u stanju prodrijeti u masni sloj. Na primjer, kalijevi i natrijevi ioni. Za njih su osigurane posebne proteinske strukture - ionski kanali, o kojima ćemo detaljnije govoriti u nastavku.

Ako pogledate staničnu membranu kroz mikroskop, možete vidjeti sloj lipida formiran od najmanjih sfernih molekula, uz koje plutaju velike proteinske ćelije, kao u moru. različitih oblika... Potpuno iste membrane dijele unutrašnji prostor svake ćelije na odjeljke u kojima su jezgra, kloroplasti i mitohondriji udobno smješteni. Da unutar ćelije nema odvojenih "prostorija", organele bi se zalijepile jedna za drugu i ne bi mogle pravilno obavljati svoje funkcije.

Ćelija je skup organela strukturiranih i omeđenih membranama, koje sudjeluju u kompleksu energetskih, metaboličkih, informacijskih i reproduktivnih procesa koji osiguravaju vitalnu aktivnost organizma.

Kao što možete vidjeti iz ove definicije, membrana je najvažnija funkcionalna komponenta svake ćelije. Njegov značaj je velik koliko i značaj jezgre, mitohondrija i drugih staničnih organela. Jedinstvena svojstva membrane su posljedica njene strukture: sastoji se od dva filma, zalijepljena na poseban način. Molekule fosfolipida u membrani nalaze se s hidrofilnim glavama prema van, a hidrofobni repovi prema unutra. Stoga je jedna strana filma navlažena vodom, dok druga nije. Dakle, ti su filmovi međusobno povezani nenamočenim stranama prema unutra, tvoreći bilipidni sloj okružen proteinima. Ovo je sama "sendvič" struktura ćelijske membrane.

Jonski kanali ćelijskih membrana

Razmotrimo detaljnije princip rada jonskih kanala. Za šta su oni potrebni? Činjenica je da samo tvari topive u mastima mogu slobodno prodrijeti kroz lipidnu membranu - to su plinovi, alkoholi i same masti. Na primjer, kisik i ugljični dioksid neprestano se izmjenjuju u crvenim krvnim zrncima, a za to naše tijelo ne mora pribjegavati nikakvim dodatnim trikovima. Ali što kada postane potrebno transportirati vodene otopine poput natrijevih i kalijevih soli kroz staničnu membranu?

Bilo bi nemoguće otvoriti put takvim tvarima u bilipidnom sloju, jer bi se rupe odmah zategnule i zalijepile zajedno, takva je struktura bilo kojeg masnog tkiva. Ali priroda je, kao i uvijek, pronašla izlaz iz situacije i stvorila posebne strukture za transport proteina.

Postoje dvije vrste provodljivih proteina:

    Transporteri - polu -integralne proteinske pumpe;

    Tvorci kanala su integralni proteini.

Bjelančevine prvog tipa djelomično su uronjene u bilipidni sloj stanične membrane i gledaju glavom, a u prisutnosti potrebne tvari počinju se ponašati poput pumpe: privlače molekulu i usisavaju je u stanicu . I proteini drugog tipa, integralni, imaju izduženi oblik i nalaze se okomito na bilipidni sloj stanične membrane, prodirući kroz njega. Na njima se, poput tunela, tvari koje ne mogu proći kroz mast kreću u ćeliju i iz nje. Kroz ionske kanale ioni kalija prodiru u stanicu i akumuliraju se u njoj, a natrijevi ioni se, naprotiv, uklanjaju van. Postoji razlika u električnim potencijalima, koja je toliko potrebna za pravilno funkcioniranje svih stanica u našem tijelu.

Najvažniji zaključci o građi i funkciji stanične membrane


Teorija uvijek izgleda zanimljivo i obećavajuće ako se može dobro primijeniti u praksi. Otkriće strukture i funkcija staničnih membrana ljudskog tijela omogućilo je naučnicima da naprave pravi iskorak u znanosti općenito, a posebno u medicini. Nije slučajno što smo se tako detaljno zadržali na ionskim kanalima, jer upravo tu leži odgovor na jedno od najvažnijih pitanja našeg vremena: zašto ljudi sve više obolijevaju od onkologije?

Rak godišnje odnese oko 17 miliona života širom svijeta i četvrti je najčešći uzrok svih smrti. Prema WHO -u, učestalost raka u stalnom je porastu, a do kraja 2020. godine mogla bi doseći 25 milijuna godišnje.

Čime se objašnjava ova epidemija raka i kakve funkcije ima stanična membrana s tim? Reći ćete: razlog je loša ekološka situacija, nepravilna prehrana, loše navike i teška nasljednost. I, naravno, bit ćete u pravu, ali ako o problemu govorimo detaljnije, razlog je zakiseljavanje ljudskog tijela. Gore navedeni negativni čimbenici dovode do poremećaja stanične membrane, inhibiraju disanje i prehranu.

Tamo gdje bi trebao postojati plus, formira se minus, a ćelija ne može normalno funkcionirati. Ali stanicama raka nije potreban kisik niti alkalno okruženje - sposobne su koristiti anaerobnu vrstu prehrane. Stoga, u uvjetima gladovanja kisikom i izvan pH vrijednosti, zdrave ćelije mutiraju, želeći se prilagoditi okruženje, i postaju ćelije raka. Ovako se osoba razboli od onkologije. Da biste to izbjegli, samo trebate konzumirati dovoljnu količinu čiste vode dnevno i odreći se kancerogena u hrani. No, u pravilu su ljudi dobro svjesni štetnih proizvoda i potrebe za visokokvalitetnom vodom i ne poduzimaju ništa - nadaju se da će ih nevolje zaobići.

Poznavajući značajke strukture i funkcije staničnih membrana različitih stanica, liječnici mogu koristiti ove informacije za pružanje ciljanih, ciljanih terapijskih učinaka na tijelo. Mnogi moderni lekovi ulazeći u naše tijelo, traže pravu "metu", a to mogu biti ionski kanali, enzimi, receptori i biomarkeri staničnih membrana. Ova metoda liječenja omogućuje postizanje boljih rezultata uz minimalne nuspojave.

Kada uđu u krvotok, antibiotici posljednje generacije ne ubijaju sve ćelije zaredom, već traže ćelije patogena, fokusirajući se na markere u staničnim membranama. Najnoviji lijekovi protiv migrene, triptani, sužavaju samo upaljene krvne žile mozga, gotovo bez utjecaja na srce i periferni krvožilni sistem. Oni prepoznaju potrebne žile upravo po proteinima svojih staničnih membrana. Takvih primjera ima mnogo, pa se može sa sigurnošću reći da znanje o građi i funkcijama staničnih membrana stoji u osnovi razvoja moderne medicinske znanosti i svake godine spašava milijune života.


Obrazovanje: Moskovski medicinski institut. IM Sechenov, specijalnost - "Opšta medicina" 1991. godine, 1993. "Profesionalne bolesti", 1996. "Terapija".