Reklaam portaalis

Miks nimetatakse membraani raku universaalseks struktuuriüksuseks? Rakumembraan: selle struktuur ja funktsioon. Raku välismembraani funktsioonid

Lühike kirjeldus:

Sazonov V.F. 1_1 Rakumembraani struktuur [Elektrooniline ressurss] // Kinesioloog, 2009-2018: [sait]. Uuendatud kuupäev: 06.02.2018 ..__. 201_). _Kirjeldatakse rakumembraani ehitust ja talitlust (sünonüümid: plasmalemma, plasmolemma, biomembraan, rakumembraan, rakuväline membraan, rakumembraan, tsütoplasmaatiline membraan). See esialgne teave on vajalik nii tsütoloogiaks kui ka närvitegevuse protsesside mõistmiseks: närviline erutus, inhibeerimine, sünapside ja sensoorsete retseptorite töö.

Rakumembraan (plasma a lemma või plasma O lemma)

Mõiste definitsioon

Rakumembraan (sünonüümid: plasmalemma, plasmolemma, tsütoplasmaatiline membraan, biomembraan) on kolmekordne lipoproteiini (st "rasvvalk") membraan, mis eraldab raku keskkonnast ning teostab kontrollitud vahetust ja sidet raku ja selle keskkonna vahel.

Selle määratluse puhul pole peamine mitte see, et membraan eraldaks rakku keskkonnast, vaid just see, et see ühendab puur koos keskkonnaga. Membraan on aktiivne raku struktuur, see töötab pidevalt.

Bioloogiline membraan on üliõhuke bimolekulaarne fosfolipiidide kile, mis on kaetud valkude ja polüsahhariididega. See rakustruktuur on elusorganismi barjääri, mehaaniliste ja maatriksiomaduste aluseks (Antonov V.F., 1996).

Membraani kujundlik esitus

Minu jaoks näib rakumembraan võretaina, milles on palju uksi ja mis ümbritseb teatud territooriumi. Iga väike elusolend võib läbi selle aia vabalt edasi-tagasi liikuda. Kuid suuremad külastajad pääsevad sisse ainult ustest ja ka siis mitte kõik. Erinevatel külastajatel on võtmed ainult oma uste juurde ja võõraste ustest nad läbi ei pääse. Nii et läbi selle aia liiguvad pidevalt külastajate vood edasi-tagasi, sest membraan-aia põhifunktsioon on kahekordne: eraldada territoorium ümbritsevast ruumist ja samas ühendada see ümbritseva ruumiga. Selleks on aias palju auke ja uksi - !

Membraani omadused

1. Läbilaskvus.

2. Poolläbilaskvus (osaline läbilaskvus).

3. Valikuline (sünonüüm: selektiivne) läbilaskvus.

4. Aktiivne läbilaskvus (sünonüüm: aktiivne transport).

5. Kontrollitud läbilaskvus.

Nagu näete, on membraani peamine omadus selle läbilaskvus erinevatele ainetele.

6. Fagotsütoos ja pinotsütoos.

7. Eksotsütoos.

8. Elektriliste ja keemiliste potentsiaalide olemasolu, täpsemalt potentsiaalide erinevus membraani sise- ja väliskülje vahel. Piltlikult võib nii öelda "membraan muudab raku" elektripatareiks "kontrollides ioonivoogusid"... Üksikasjad: .

9. Elektrilise ja keemilise potentsiaali muutused.

10. Ärrituvus. Membraanil asuvad spetsiaalsed molekulaarsed retseptorid võivad seostuda signaal- (kontroll)ainetega, mille tulemusena võib membraani ja kogu raku seisund muutuda. Molekulaarsed retseptorid käivitavad biokeemilisi reaktsioone vastusena ligandide (kontrollainete) kombinatsioonile nendega. Oluline on tähele panna, et signaalaine mõjub retseptorile väljastpoolt ning muutused jätkuvad raku sees. Selgub, et membraan edastas informatsiooni keskkonnast raku sisekeskkonda.

11. Katalüütiline ensümaatiline aktiivsus. Ensüümid võivad olla põimitud membraani või olla seotud selle pinnaga (nii raku sees kui ka väljaspool) ja seal teostavad nad oma ensümaatilist aktiivsust.

12. Pinna kuju ja selle pindala muutmine. See võimaldab membraanil moodustada väljakasvu väljapoole või, vastupidi, rakku tungida.

13. Oskus luua kontakte teiste rakumembraanidega.

14. Adhesioon on võime nakkuda tahketele pindadele.

Lühike loetelu membraani omadustest

  • Läbilaskvus.
  • Endotsütoos, eksotsütoos, transtsütoos.
  • Potentsiaalid.
  • Ärrituvus.
  • Ensümaatiline aktiivsus.
  • Kontaktid.
  • Adhesioon.

Membraani funktsioonid

1. Sisemise sisu mittetäielik isoleerimine väliskeskkonnast.

2. Rakumembraani töös on põhiline vahetada mitmesugused ained raku ja rakkudevahelise keskkonna vahel. See on tingitud membraani sellisest omadusest nagu läbilaskvus. Lisaks reguleerib membraan seda vahetust, reguleerides selle läbilaskvust.

3. Teine oluline membraani funktsioon on keemiliste ja elektriliste potentsiaalide erinevuse loomine selle sise- ja väliskülje vahel. Tänu sellele on raku sees negatiivne elektripotentsiaal -.

4. Läbi membraani viiakse ka läbi teabevahetus raku ja selle keskkonna vahel. Spetsiaalsed molekulaarsed retseptorid, mis asuvad membraanil, võivad seostuda kontrollivate ainetega (hormoonid, vahendajad, modulaatorid) ja käivitada rakus biokeemilisi reaktsioone, mis põhjustavad erinevaid muutusi raku funktsioneerimises või selle struktuurides.

Video:Rakumembraani struktuur

Videoloeng:Üksikasjad membraani struktuuri ja transpordi kohta

Membraani struktuur

Rakumembraanil on mitmekülgne kolmekihiline struktuur. Selle keskmine rasvakiht on pidev ning ülemine ja alumine valgukiht katab seda eraldi valgupiirkondade mosaiigi kujul. Rasvakiht on aluseks, mis tagab raku isolatsiooni keskkonnast, isoleerides selle keskkonnast. Iseenesest läbib see väga halvasti vees lahustuvaid aineid, kuid kergesti lubab rasvlahustuvaid aineid. Seetõttu peab vees lahustuvate ainete (näiteks ioonide) membraani läbilaskvus olema varustatud spetsiaalsete valgustruktuuridega - ja.

Allpool on elektronmikroskoobi abil saadud mikrofotod kontaktrakkude tegelikest rakumembraanidest, samuti skemaatiline joonis, mis näitab kolmekihilist membraani ja selle valgukihtide mosaiiksust. Pildi suurendamiseks klõpsake sellel.

Eraldi kujutis rakumembraani sisemisest lipiidide (rasva) kihist, mis on läbi imbunud integreeritud manustatud valkudega. Ülemine ja alumine valgukiht eemaldati, et mitte segada lipiidide kaksikkihi vaatamist

Joonis ülal: Vikipeedias näidatud rakumembraani (rakuseina) mittetäielik skemaatiline kujutis.

Pange tähele, et välimine ja sisemine valgukiht on membraanilt eemaldatud, et saaksime paremini näha keskmist rasvhapete topeltlipiidikihti. Päris rakumembraanis hõljuvad piki rasvkilet ülal ja all suured valgu "saared" (joonisel väikesed pallid) ning membraan osutub paksemaks, kolmekihiliseks: valk-rasv-valk ... Nii et tegelikult näeb see välja nagu kahe valgu "leivaviilu" võileib, mille keskel on paks kiht "võid", st. on kolmekihiline struktuur, mitte kahekihiline.

Sellel joonisel vastavad väikesed sinised ja valged gloobulid hüdrofiilsetele (märgutavatele) lipiidide "peadele" ja nende külge kinnitatud "nöörid" vastavad hüdrofoobsetele (mittemärgutavatele) "sabadele". Valkudest on näidatud ainult terviklikud ots-otsa membraanivalgud (punased gloobulid ja kollased heliksid). Kollased ovaalsed täpid membraani sees on kolesterooli molekulid.Kollakasrohelised helmeste ahelad membraani välisküljel on oligosahhariidahelad, mis moodustavad glükokalüksi. Glükokalüks on membraanil nagu süsivesikute ("suhkru") "ebemega", mis moodustub sellest välja paistvatest pikkadest süsivesikute-valgu molekulidest.

Alive on väike "valgu-rasva kott", mis on täidetud poolvedela tarretiselaadse sisuga, mis on läbi imbunud kilede ja torudega.

Selle koti seinad moodustab topeltrasv (lipiid) kile, mis on seest ja väljast kaetud valkudega - rakumembraan. Seetõttu väidetakse, et membraanil on kolmekihiline struktuur : valk-rasv-valk... Raku sees on ka palju selliseid rasvmembraane, mis jagavad selle siseruumi osadeks. Rakuorganellid on ümbritsetud samade membraanidega: tuum, mitokondrid, kloroplastid. Seega on membraan universaalne molekulaarstruktuur, mis on omane kõigile rakkudele ja kõigile elusorganismidele.

Vasakul pole reaalne, vaid kunstlik bioloogilise membraani tüki mudel: see on kiire hetktõmmis rasvfosfolipiidide kaksikkihist (st topeltkihist) selle molekulaarse dünaamika modelleerimise protsessis. Näidatud on mudeli arvutatud rakk - 96 PC molekuli ( f osfatidil X olina) ja 2304 veemolekuli, kokku 20544 aatomit.

Paremal on sama lipiidi ühe molekuli visuaalne mudel, millest on kokku pandud membraani lipiidide kaksikkiht. Ülaosas on tal hüdrofiilne (vett armastav) pea ja allosas on kaks hüdrofoobset (vettkartvat) saba. Sellel lipiidil on lihtne nimi: 1-steroüül-2-dokosaheksaenoüül-Sn-glütsero-3-fosfatidüülkoliin (18:0/22:6 (n-3) cis PC), kuid te ei pea seda pähe õppima, kui te just ei tee seda. plaanite oma õpetaja oma teadmiste sügavusega minestada.

Raku täpsema teadusliku määratluse saab anda:

See on piiratud aktiivse membraaniga, korrastatud, struktureeritud heterogeenne biopolümeeride süsteem, mis osaleb ühes metaboolsetes, energia- ja infoprotsessides ning teostab ka kogu süsteemi kui terviku hooldust ja taastootmist.

Raku sees on ka läbi imbunud membraanid ja membraanide vahel pole mitte vett, vaid muutuva tihedusega viskoosne geel / sool. Seetõttu ei hõlju rakus interakteeruvad molekulid vabalt, nagu vesilahusega katseklaasis, vaid istuvad (immobiliseerituna) peamiselt tsütoskeleti või rakusiseste membraanide polümeersetel struktuuridel. Seetõttu toimuvad keemilised reaktsioonid raku sees peaaegu nagu tahkes, mitte vedelikus. Rakku ümbritsev välismembraan on samuti kaetud ensüümide ja molekulaarsete retseptoritega, mistõttu on see raku väga aktiivne osa.

Rakumembraan (plasmalemma, plasmolemma) on aktiivne membraan, mis eraldab raku keskkonnast ja ühendab selle keskkonnaga. © Sazonov V.F., 2016.

Sellest membraani määratlusest järeldub, et see mitte ainult ei piira rakku, vaid töötab aktiivselt sidudes selle oma keskkonnaga.

Membraanid moodustav rasv on eriline, seetõttu nimetatakse selle molekule tavaliselt mitte lihtsalt rasvaks, vaid "Lipiidid", "fosfolipiidid", "sfingolipiidid"... Membraankile on kahekordne, see tähendab, et see koosneb kahest üksteise külge kinnitatud kilest. Seetõttu kirjutavad nad õpikutes, et rakumembraani alus koosneb kahest lipiidikihist (või " kahekihiline", st kahekihiline). Iga eraldi lipiidikihi puhul saab ühte poolt veega niisutada, teist mitte. Seega kleepuvad need kiled täpselt üksteise külge oma mittemärguvate külgedega.

Bakterite membraan

Gramnegatiivsete bakterite prokarüootne rakumembraan koosneb mitmest kihist, mis on näidatud alloleval joonisel.
Gramnegatiivsete bakterite kattekihid:
1. Sisemine kolmekihiline tsütoplasmaatiline membraan, mis on kontaktis tsütoplasmaga.
2. Rakusein, mis koosneb mureiinist.
3. Välimine kolmekihiline tsütoplasmaatiline membraan, millel on samasugune lipiidide süsteem koos valgukompleksidega nagu sisemisel membraanil.
Gramnegatiivsete bakterirakkude suhtlemine välismaailmaga läbi nii keerulise kolmeastmelise struktuuri ei anna neile eelist ellujäämisel karmides tingimustes võrreldes grampositiivsete bakteritega, millel on vähem võimas membraan. Nad taluvad sama halvasti kõrgeid temperatuure, happesust ja rõhulangust.

Videoloeng:Plasma membraan. E.V. Cheval, Ph.D.

Videoloeng:Membraan raku piirina. A. Iljaskin

Membraani ioonikanalite tähtsus

On lihtne mõista, et läbi rasvmembraani pääsevad rakku ainult rasvlahustuvad ained. Need on rasvad, alkoholid, gaasid. Näiteks erütrotsüütides liiguvad hapnik ja süsihappegaas kergesti otse läbi membraani sisse ja välja. Kuid vesi ja vees lahustuvad ained (näiteks ioonid) lihtsalt ei pääse läbi membraani ühtegi rakku. See tähendab, et nad vajavad spetsiaalseid auke. Aga kui rasvakilesse lihtsalt augu teha, siis tõmmatakse see kohe tagasi. Mida teha? Leiti väljapääs looduses: on vaja teha spetsiaalsed valgu transpordistruktuurid ja venitada need läbi membraani. Nii saadakse kanalid rasvlahustuvate ainete läbimiseks - rakumembraani ioonikanalid.

Seega, et anda oma membraanile polaarsetele molekulidele (ioonid ja vesi) täiendavad läbilaskvuse omadused, sünteesib rakk tsütoplasmas spetsiaalseid valke, mis seejärel lülitatakse membraani. Neid on kahte tüüpi: transportervalgud (näiteks transpordi ATPaasid) ja kanaleid moodustavad valgud (kanali tegijad). Need valgud liidetakse membraani topeltrasvakihti ja moodustavad transportstruktuure transporterite või ioonikanalite kujul. Nendest transpordistruktuuridest saavad nüüd läbi mitmesugused vees lahustuvad ained, mis muidu rasvmembraani kilet läbi ei pääse.

Üldiselt nimetatakse ka membraani sisse ehitatud valke lahutamatu, just seetõttu, et need näivad sisalduvat membraani koostises ja tungivad sellesse läbi ja läbi. Teised valgud, mitte lahutamatud, moodustavad justkui saari, mis "hõljuvad" üle membraani pinna: kas piki selle välispinda või piki sisepinda. Kõik ju teavad, et rasv on hea määrdeaine ja sellel on lihtne libiseda!

järeldused

1. Üldiselt on membraan kolmekihiline:

1) välimine valgukiht "saared",

2) rasvane kahekihiline "meri" (lipiidne kaksikkiht), s.o. topeltlipiidkile,

3) sisemine valgukiht "saared".

Kuid on ka lahtine välimine kiht – glükokalüks, mis moodustub membraanist välja paistvatel glükoproteiinidel. Need on molekulaarsed retseptorid, millega signaalained seonduvad.

2. Membraanisse on ehitatud spetsiaalsed valgustruktuurid, mis tagavad selle läbilaskvuse ioonide või muude ainete jaoks. Ärge unustage, et mõnes kohas on rasvameri läbi ja lõhki integreeritud valkudega. Ja just integraalsed valgud moodustavad erilise transpordistruktuurid rakumembraan (vt lõik 1_2 Membraani transpordimehhanismid). Nende kaudu sisenevad ained rakku, samuti eemaldatakse need rakust väljapoole.

3. Mõlemal pool membraani (välimine ja sisemine), samuti membraani sees võivad paikneda ensüümvalgud, mis mõjutavad nii membraani enda seisundit kui ka kogu raku eluiga.

Nii et rakumembraan on aktiivne muutuv struktuur, mis töötab aktiivselt kogu raku huvides ja ühendab seda välismaailmaga, mitte ei ole lihtsalt "kaitsekest". See on kõige olulisem asi, mida rakumembraani kohta teada saada.

Meditsiinis kasutatakse membraanivalke sageli ravimite sihtmärkidena. Retseptorid toimivad selliste sihtmärkidena, ioonkanalid, ensüümid, transpordisüsteemid. Viimasel ajal on lisaks membraanile sihtmärk raviained muutuvad ka raku tuumas peidetud geenideks.

Video:Sissejuhatus rakumembraani biofüüsikasse: membraanide struktuur 1 (Vladimirov Yu.A.)

Video:Rakumembraani ajalugu, struktuur ja funktsioon: Membraani struktuur 2 (Vladimirov Yu.A.)

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

Rakumembraan on üliõhuke kile raku või rakuorganelli pinnal, mis koosneb bimolekulaarsest lipiidikihist, millesse on sisse ehitatud valgud ja polüsahhariidid.

Membraani funktsioonid:

  • · Barjäär – tagab reguleeritud, selektiivse, passiivse ja aktiivse ainevahetuse keskkonnaga. Näiteks kaitseb peroksisoomi membraan tsütoplasmat rakule kahjulike peroksiidide eest. Selektiivne läbilaskvus tähendab, et membraani läbilaskvus erinevatele aatomitele või molekulidele sõltub nende suurusest, elektrilaengust ja keemilistest omadustest. Valikuline läbilaskvus tagab raku ja rakuosade eraldamise keskkonnast ning varustamise vajalike ainetega.
  • · Transport – ained transporditakse läbi membraani rakku ja sealt välja. Transport läbi membraanide tagab: toitainete kohaletoimetamise, ainevahetuse lõppproduktide eemaldamise, erinevate ainete sekretsiooni, ioonsete gradientide loomise, optimaalse pH ja ioonide kontsentratsiooni säilitamise rakus, mis on vajalikud rakuensüümide tööks. Osakesed, mis mingil põhjusel ei suuda läbida fosfolipiidide kaksikkihti (näiteks hüdrofiilsete omaduste tõttu, kuna sees olev membraan on hüdrofoobne ega lase hüdrofiilsetel ainetel läbi minna, või nende suure suuruse tõttu), kuid mis on raku jaoks vajalikud , võivad tungida läbi membraani spetsiaalsete kandevalkude (transporterite) ja kanalivalkude kaudu või endotsütoosi teel. Passiivse transpordi korral läbivad ained difusiooni teel kontsentratsioonigradienti mööda lipiidide kaksikkihti energiat tarbimata. Selle mehhanismi variant on hõlbustatud difusioon, mille puhul konkreetne molekul aitab ainel membraani läbida. Sellel molekulil võib olla kanal, mis laseb läbi ainult ühte tüüpi ainet. Aktiivne transport nõuab energiatarbimist, kuna see toimub kontsentratsioonigradienti vastu. Membraanil on spetsiaalsed pumbavalgud, sealhulgas ATPaas, mis pumpab aktiivselt kaaliumiioone (K +) rakku ja pumpab sealt välja naatriumioone (Na +).
  • Maatriks - tagab membraanivalkude teatud vastastikuse paigutuse ja orientatsiooni, nende optimaalse interaktsiooni.
  • Mehaaniline – tagab raku autonoomia, selle rakusisesed struktuurid, aga ka ühenduse teiste rakkudega (kudedes). Rakuseintel on oluline roll mehaanilise funktsiooni tagamisel ja loomadel rakkudevahelisel ainel.
  • Energia - fotosünteesi käigus kloroplastides ja rakuhingamisel mitokondrites toimivad nende membraanides energiaülekandesüsteemid, milles osalevad ka valgud;
  • Retseptor – osa valke membraanis on retseptorid (molekulid, mille kaudu rakk tajub teatud signaale). Näiteks veres ringlevad hormoonid toimivad ainult nendele sihtrakkudele, millel on nendele hormoonidele vastavad retseptorid. Neurotransmitterid ( keemilised ained selle tagamine närviimpulsid) seonduvad ka sihtrakkude spetsiaalsete retseptorvalkudega.
  • Ensümaatilised – membraanivalgud on sageli ensüümid. Näiteks sooleepiteelirakkude plasmamembraanid sisaldavad seedeensüüme.
  • · Biopotentsiaalide genereerimise ja teostamine. Membraani abil hoitakse rakus konstantset ioonide kontsentratsiooni: K + iooni kontsentratsioon rakus on palju suurem kui väljaspool ja Na + kontsentratsioon palju madalam, mis on väga oluline, kuna see tagab potentsiaalide erinevuse säilimise membraanil ja närviimpulsi tekke.
  • · Raku märgistamine – membraanil on antigeenid, mis toimivad markeritena – “märgised”, mis võimaldavad rakku tuvastada. Need on glükoproteiinid (st valgud, mille külge on kinnitatud hargnenud oligosahhariidide kõrvalahelad), mis täidavad "antennide" rolli. Arvukate külgahelate konfiguratsioonide tõttu on võimalik iga rakutüübi jaoks teha spetsiifiline marker. Markerite abil suudavad rakud teisi rakke ära tunda ja nendega koos tegutseda, näiteks elundite ja kudede moodustumisel. Samuti võimaldab see immuunsüsteemil võõraid antigeene ära tunda.

Mõned valgumolekulid difundeeruvad vabalt lipiidikihi tasapinnal; normaalses olekus rakumembraani vastaskülgedel tekkivad valgumolekulide osad oma asukohta ei muuda.

Rakumembraanide spetsiifiline morfoloogia määrab nende elektrilised omadused, millest olulisemad on mahtuvus ja juhtivus.

Mahtuvuslikud omadused määrab peamiselt fosfolipiidide kaksikkiht, mis on hüdraatunud ioone mitteläbilaskev ja samal ajal piisavalt õhuke (umbes 5 nm), et tagada laengute efektiivne eraldumine ja akumuleerumine ning katioonide ja anioonide elektrostaatiline interaktsioon. Lisaks on rakumembraanide mahtuvuslikud omadused üheks põhjuseks, mis määrab rakumembraanidel toimuvate elektriliste protsesside ajalised omadused.

Juhtivus (g) on ​​elektritakistuse pöördväärtus ja on võrdne antud iooni transmembraanse koguvoolu ja selle transmembraanse potentsiaali erinevuse põhjustanud väärtuse suhtega.

Fosfolipiidse kaksikkihi kaudu võivad difundeeruda erinevad ained ning läbilaskvuse aste (P) ehk rakumembraani võime neid aineid läbida sõltub difundeeruva aine kontsentratsiooni erinevusest mõlemal pool membraani, selle lahustuvusest. lipiidides ja rakumembraani omadustes. Laetud ioonide difusioonikiiruse membraani konstantsel väljal määravad ioonide liikuvus, membraani paksus ja ioonide jaotus membraanis. Mitteelektrolüütide puhul ei mõjuta membraani läbilaskvus selle juhtivust, kuna mitteelektrolüüdid ei kanna laenguid, st ei suuda kanda elektrivoolu.

Membraani juhtivus on selle ioonilise läbilaskvuse mõõt. Juhtivuse suurenemine näitab membraani läbivate ioonide arvu suurenemist.

Bioloogiliste membraanide oluline omadus on voolavus. Kõik rakumembraanid on liikuvad vedelikustruktuurid: suurem osa nende koostises olevatest lipiidi- ja valgumolekulidest on võimelised membraanitasandil üsna kiiresti liikuma.

Membraan on ülipeen struktuur, mis moodustab organellide ja raku kui terviku pinnad. Kõigil membraanidel on sarnane struktuur ja need on ühendatud üheks süsteemiks.

Keemiline koostis

Rakumembraanid on keemiliselt homogeensed ja koosnevad erinevate rühmade valkudest ja lipiididest:

  • fosfolipiidid;
  • galaktolipiidid;
  • sulfolipiidid.

Nende hulka kuuluvad ka nukleiinhapped, polüsahhariidid ja muud ained.

Füüsikalised omadused

Normaalsetel temperatuuridel on membraanid vedelkristallilises olekus ja kõikuvad pidevalt. Nende viskoossus on lähedane taimeõli omale.

Membraan on taastav, vastupidav, elastne ja poorne. Membraanide paksus on 7-14 nm.

TOP-4 artiklitkes sellega kaasa lugesid

Membraan on suurte molekulide jaoks mitteläbilaskev. Väikesed molekulid ja ioonid võivad läbida poore ja membraani ennast membraani eri külgede kontsentratsiooni erinevuste mõjul, aga ka transportvalkude abil.

Mudel

Tavaliselt kirjeldatakse membraanide struktuuri vedeliku-mosaiikmudeli abil. Membraanil on karkass - kaks rida lipiidimolekule, mis on tihedalt üksteise kõrval nagu tellised.

Riis. 1. Sandwich-tüüpi bioloogiline membraan.

Mõlemalt poolt on lipiidide pind kaetud valkudega. Mosaiikmustri moodustavad membraani pinnale ebaühtlaselt jaotunud valgumolekulid.

Vastavalt bilipiidkihti sukeldumise astmele jagunevad valgumolekulid kolm rühma:

  • transmembraanne;
  • vee all;
  • pinnapealne.

Valgud annavad membraani peamise omaduse - selle selektiivse läbilaskvuse erinevatele ainetele.

Membraanide tüübid

Kõik rakumembraanid võib lokaliseerimise järgi jagada järgmised tüübid:

  • õues;
  • tuumaenergia;
  • organellide membraanid.

Välimine tsütoplasmaatiline membraan ehk plasmolemma on raku piir. Ühendades tsütoskeleti elementidega, säilitab see oma kuju ja suuruse.

Riis. 2. Tsütoskelett.

Tuumamembraan ehk karüolemma on tuumasisalduse piir. See on ehitatud kahest membraanist, mis on väga sarnased välimise membraaniga. Tuuma välismembraan on seotud membraanidega endoplasmaatiline retikulum(EPS) ja läbi pooride sisemembraaniga.

EPS-i membraanid tungivad läbi kogu tsütoplasma, moodustades pinnad, millel sünteesitakse erinevaid aineid, sealhulgas membraanivalke.

Organoidsed membraanid

Enamikul organellidest on membraani struktuur.

Seinad on ehitatud ühest membraanist:

  • Golgi kompleks;
  • vakuoolid;
  • lüsosoomid.

Plastiidid ja mitokondrid on ehitatud kahest membraanikihist. Nende välimine membraan on sile, sisemine membraan aga moodustab palju volte.

Fotosünteetiliste kloroplasti membraanide eripäraks on põimitud klorofülli molekulid.

Loomarakkudel on välismembraani pinnal süsivesikute kiht, mida nimetatakse glükokalüksiks.

Riis. 3. Glükokalüks.

Glükokalüks on kõige enam arenenud sooleepiteeli rakkudes, kus see loob tingimused seedimiseks ja kaitseb plasmolemma.

Tabel "Rakumembraani struktuur"

Mida me õppisime?

Uurisime rakumembraani struktuuri ja funktsiooni. Membraan on raku, tuuma ja organellide selektiivne (selektiivne) barjäär. Rakumembraani struktuuri kirjeldatakse vedelik-mosaiikmudeliga. Selle mudeli kohaselt on valgumolekulid põimitud viskoossete lipiidide topeltkihti.

Test teemade kaupa

Aruande hindamine

Keskmine hinne: 4.5. Kokku saadud hinnanguid: 100.

Kamber- kudede ja elundite isereguleeruv struktuurne ja funktsionaalne üksus. Elundite ja kudede ehituse rakuteooria töötasid välja Schleiden ja Schwann aastal 1839. Hiljem õnnestus elektronmikroskoopiat ja ultratsentrifuugimist kasutades selgitada kõigi peamiste looma- ja taimerakkude organellide ehitust (joon. 1).

Riis. 1. Loomorganismide raku ehituse skeem

Raku peamised osad on tsütoplasma ja tuum. Iga rakku ümbritseb väga õhuke membraan, mis piirab selle sisu.

Rakumembraani nimetatakse plasmamembraan ja seda iseloomustab selektiivne läbilaskvus. See omadus võimaldab olulisi toitaineid ja keemilised elemendid tungivad rakku ja liigsed tooted lahkuvad sellest. Plasmamembraan koosneb kahest lipiidimolekulide kihist, mis sisaldavad spetsiifilisi valke. Membraani peamised lipiidid on fosfolipiidid. Need sisaldavad fosforit, polaarpead ja kahte mittepolaarset pika ahelaga rasvhapete saba. Membraanlipiidide hulka kuuluvad kolesterool ja kolesterooli estrid. Vastavalt vedel-mosaiikstruktuuri mudelile sisaldavad membraanid valgu- ja lipiidimolekule, mis võivad kaksikkihi suhtes seguneda. Iga loomaraku igat tüüpi membraani iseloomustab suhteliselt konstantne lipiidide koostis.

Struktuuriliselt jagunevad membraanivalgud kahte tüüpi: integraalsed ja perifeersed. Perifeerseid valke saab membraanist eemaldada ilma seda hävitamata. Membraanvalke on nelja tüüpi: transportvalgud, ensüümid, retseptorid ja struktuurvalgud. Mõnedel membraanivalkudel on ensümaatiline aktiivsus, teised aga seovad teatud aineid ja hõlbustavad nende ülekandumist rakku. Valgud pakuvad ainete liikumiseks läbi membraanide mitmeid teid: moodustavad suured poorid, mis koosnevad mitmest valgu allühikust, mis võimaldavad veemolekulidel ja ioonidel rakkude vahel liikuda; moodustavad ioonikanaleid, mis on spetsialiseerunud teatud liikide ioonide liikumiseks läbi membraani teatud tingimustel. Struktuursed valgud on seotud sisemise lipiidikihiga ja moodustavad raku tsütoskeleti. Tsütoskelett annab rakumembraanile mehaanilise tugevuse. Erinevates membraanides moodustavad valgud 20–80% massist. Membraanvalgud võivad külgtasandil vabalt liikuda.

Membraan sisaldab ka süsivesikuid, mis võivad kovalentselt seonduda lipiidide või valkudega. Membraani süsivesikuid on kolme tüüpi: glükolipiidid (gangliosiidid), glükoproteiinid ja proteoglükaanid. Enamik membraanilipiide on vedelas olekus ja neil on teatud voolavus, s.t. võime liikuda ühest piirkonnast teise. Membraani välisküljel on retseptori saidid, mis seovad erinevaid hormoone. Teised spetsiifilised membraanipiirkonnad suudavad ära tunda ja siduda mõningaid nendele rakkudele võõraid valke ja mitmesuguseid bioloogiliselt aktiivseid ühendeid.

Raku siseruum on täidetud tsütoplasmaga, milles toimub enamik ensüümide poolt katalüüsitud raku metabolismi reaktsioone. Tsütoplasma koosneb kahest kihist: sisemisest, mida nimetatakse endoplasmaks, ja perifeersest - ektoplasmast, millel on kõrge viskoossus ja millel puuduvad graanulid. Kõik raku või organelli komponendid asuvad tsütoplasmas. Rakuorganellidest on olulisemad endoplasmaatiline retikulum, ribosoomid, mitokondrid, Golgi aparaat, lüsosoomid, mikrofilamendid ja mikrotuubulid, peroksisoomid.

Endoplasmaatiline retikulum on omavahel ühendatud kanalite ja õõnsuste süsteem, mis läbib kogu tsütoplasma. See tagab ainete transpordi keskkonnast ja rakkude seest. Endoplasmaatiline retikulum toimib ka rakusiseste Ca 2+ ioonide depoona ja on rakus lipiidide sünteesi peamine koht.

Ribosoomid - mikroskoopilised sfäärilised osakesed läbimõõduga 10-25 nm. Ribosoomid paiknevad vabalt tsütoplasmas või kinnituvad endoplasmaatilise retikulumi ja tuumamembraani membraanide välispinnale. Nad interakteeruvad messenger- ja transpordi-RNA-ga ning neis sünteesitakse valgud. Nad sünteesivad valke, mis sisenevad tsisternidesse või Golgi aparaati ja vabanevad seejärel väljast. Tsütoplasmas vabalt paiknevad ribosoomid sünteesivad valku, mida rakk ise kasutab, ja endoplasmaatilise retikulumiga seotud ribosoomid toodavad valku, mis eemaldatakse rakust. Ribosoomides sünteesitakse erinevaid funktsionaalseid valke: kandevalgud, ensüümid, retseptorid, tsütoskeleti valgud.

Golgi aparaat moodustub torukeste, tsisternide ja vesiikulite süsteemist. Seda seostatakse endoplasmaatilise retikulumiga ja siin saadud bioloogiliselt aktiivseid aineid hoitakse tihendatud kujul sekretoorsetes vesiikulites. Viimased eraldatakse pidevalt Golgi aparaadist, transporditakse rakumembraanile ja liidetakse sellega ning vesiikulites sisalduvad ained eemaldatakse rakust eksotsütoosi käigus.

Lüsosoomid - osakesed, mis on ümbritsetud membraaniga suurusega 0,25-0,8 mikronit. Need sisaldavad arvukalt ensüüme, mis osalevad valkude, polüsahhariidide, rasvade, nukleiinhapete, bakterite ja rakkude lagunemisel.

Peroksisoomid moodustuvad siledast endoplasmaatilisest retikulumist, meenutavad lüsosoome ja sisaldavad ensüüme, mis katalüüsivad peroksidaaside ja katalaasi toimel laguneva vesinikperoksiidi lagunemist.

Mitokondrid sisaldavad välis- ja sisemembraane ning on raku "jõujaam". Mitokondrid on ümmargused või piklikud topeltmembraaniga struktuurid. Sisemembraan moodustab mitokondritesse ulatuvad voldid - cristae. Neis toimub ATP süntees, Krebsi tsükli substraatide oksüdatsioon ja palju biokeemilisi reaktsioone. Mitokondrites moodustunud ATP molekulid hajuvad raku kõikidesse osadesse. Mitokondrid sisaldavad vähesel määral DNA-d, RNA-d, ribosoome ning nende osalusel toimub uute mitokondrite uuenemine ja süntees.

Mikrokiud on õhukesed valgufilamendid, mis koosnevad müosiinist ja aktiinist ning moodustavad raku kontraktiilse aparatuuri. Mikrokiud osalevad rakumembraani voltide või eendite moodustamises, samuti erinevate struktuuride liikumises rakkude sees.

Mikrotuubulid moodustavad tsütoskeleti aluse ja tagavad selle tugevuse. Tsütoskelett annab rakkudele iseloomuliku välimuse ja kuju, toimib rakusiseste organellide ja erinevate kehade kinnituskohana. Närvirakkudes osalevad mikrotuubulite kimbud ainete transportimisel rakukehast aksonite otstesse. Nende osalusel toimub mitootilise spindli toimimine raku jagunemise ajal. Nad mängivad motoorsete elementide rolli eukarüootide villides ja lipudes.

Tuum on raku põhistruktuur, osaleb pärilike tunnuste edasikandumises ja valkude sünteesis. Tuum on ümbritsetud tuumamembraaniga, mis sisaldab palju tuumapoore, mille kaudu toimub tuuma ja tsütoplasma vahel erinevate ainete vahetus. Selle sees on tuum. Tuumakese oluline roll ribosomaalse RNA ja histooni valkude sünteesis on kindlaks tehtud. Ülejäänud tuum sisaldab kromatiini, mis koosneb DNA-st, RNA-st ja paljudest spetsiifilistest valkudest.

Rakumembraani funktsioonid

Rakumembraanidel on oluline roll intratsellulaarse ja rakkudevahelise metabolismi reguleerimisel. Need on valikuliselt läbilaskvad. Nende spetsiifiline struktuur võimaldab pakkuda tõkke-, transpordi- ja reguleerimisfunktsioone.

Barjääri funktsioon avaldub vees lahustunud ühendite läbi membraani tungimise piiramises. Membraan on suurte valgu molekulide ja orgaaniliste anioonide suhtes läbimatu.

Reguleeriv funktsioon membraan seisneb rakusisese metabolismi reguleerimises vastusena keemilistele, bioloogilistele ja mehaanilistele mõjudele. Spetsiaalsed membraaniretseptorid tajuvad mitmesuguseid mõjusid, millele järgneb ensüümide aktiivsuse muutus.

Transpordifunktsioon läbi bioloogiliste membraanide saab läbi viia passiivselt (difusioon, filtreerimine, osmoos) või kasutades aktiivset transporti.

Difusioon - gaasi või lahustuva aine liikumine piki kontsentratsiooni ja elektrokeemiline gradient... Difusioonikiirus sõltub rakumembraani läbilaskvusest, samuti laenguta osakeste kontsentratsioonigradiendist, elektri- ja kontsentratsiooni gradiendid laetud osakeste jaoks. Lihtne difusioon toimub lipiidide kaksikkihi või kanalite kaudu. Laetud osakesed liiguvad elektrokeemilise gradiendi järgi, laenguta osakesed aga keemilise gradiendi järgi. Näiteks hapnik, steroidhormoonid, uurea, alkohol jne tungivad lihtsa difusiooni teel läbi membraani lipiidikihi. Läbi kanalite liiguvad erinevad ioonid ja osakesed. Ioonkanalid moodustuvad valkudest ja need jagunevad kontrollitavateks ja kontrollimatuteks kanaliteks. Sõltuvalt selektiivsusest eristatakse ioonselektiivseid köisid, mis lasevad läbi ainult ühe iooni, ja kanaleid, millel puudub selektiivsus. Kanalitel on suu ja selektiivne filter ning juhitavatel kanalitel on ka väravamehhanism.

hõlbustatud difusioon - protsess, mille käigus transporditakse aineid läbi membraani spetsiaalsete membraanikandjate valkude abil. Nii satuvad rakku aminohapped ja monosahhariidid. Seda tüüpi transport on väga kiire.

Osmoos - vee liikumine läbi membraani madalama osmootse rõhuga lahusest kõrgema osmootse rõhuga lahusesse.

Aktiivne transport - ainete transportimine vastu kontsentratsioonigradienti, kasutades transpordi-ATPAase (ioonpumpasid). See ülekanne toimub energiakuluga.

Suuremal määral on uuritud Na + / K + -, Ca 2+ - ja H + -pumpasid. Pumbad asuvad rakumembraanidel.

Omamoodi aktiivne transport on endotsütoos ja eksotsütoos. Need mehhanismid transpordivad suuremaid aineid (valgud, polüsahhariidid, nukleiinhapped), mida ei saa kanalite kaudu transportida. Seda transporti esineb sagedamini soolestiku epiteelirakkudes, neerutuubulites ja veresoonte endoteelis.

Kell endotsütoosi korral moodustavad rakumembraanid rakku invaginatsioonid, mis eralduvad ja muutuvad vesiikuliteks. Eksotsütoosi käigus kanduvad vesiikulid koos sisuga rakumembraanile ja ühinevad sellega ning vesiikulite sisu vabaneb rakuvälisesse keskkonda.

Rakumembraani struktuur ja funktsioon

Elusrakkudes elektripotentsiaalide olemasolu tagavate protsesside mõistmiseks tuleb ennekõike mõista rakumembraani ehitust ja selle omadusi.

Praegu on kõige tuntum S. Singeri ja G. Nicholsoni poolt 1972. aastal välja pakutud vedelik-mosaiikmembraani mudel. Membraan põhineb kahekordsel fosfolipiidide kihil (kakskiht), mille molekulide hüdrofoobsed fragmendid on sukeldatud membraani paksus ja polaarsed hüdrofiilsed rühmad on suunatud väljapoole, need. ümbritsevasse veekeskkonda (joonis 2).

Membraanvalgud paiknevad membraani pinnal või neid saab sisestada erinevatel sügavustel hüdrofoobsesse tsooni. Mõned valgud tungivad läbi membraani ja sama valgu erinevad hüdrofiilsed rühmad on leitud mõlemal pool rakumembraani. Plasmamembraanis leiduvatel valkudel on väga suur roll: nad osalevad ioonkanalite moodustamises, täidavad membraanipumpade ja erinevate ainete kandjate rolli ning võivad täita ka retseptori funktsiooni.

Rakumembraani põhifunktsioonid: barjäär, transport, reguleeriv, katalüütiline.

Barjäärifunktsiooniks on veeslahustuvate ühendite difusiooni piiramine läbi membraani, mis on vajalik rakkude kaitsmiseks võõrkehade toksiliste ainete eest ning erinevate ainete suhteliselt püsiva sisalduse säilitamiseks rakkude sees. Seega võib rakumembraan aeglustada erinevate ainete difusiooni 100 000-10 000 000 korda.

Riis. 2. Singer-Nicholsoni membraani vedelik-mosaiikmudeli kolmemõõtmeline skeem

Kujutatud on globulaarsed integraalsed valgud, mis on põimitud lipiidide kaksikkihti. Mõned valgud on ioonkanalid, teised (glükoproteiinid) sisaldavad oligosahhariidide kõrvalahelaid, mis osalevad rakkude üksteise ja rakkudevahelises koes äratundmises. Kolesterooli molekulid on fosfolipiidipeade lähedal ja fikseerivad "sabade" külgnevad alad. Fosfolipiidmolekuli sabade sisemised osad ei ole oma liikumises piiratud ja vastutavad membraani voolavuse eest (Bretscher, 1985).

Membraan sisaldab kanaleid, mille kaudu ioonid tungivad. Kanalid on potentsiaalselt sõltuvad ja potentsiaalselt sõltumatud. Võimalikud suletud kanalid avatud, kui potentsiaalide erinevus muutub, ja potentsiaalist sõltumatu(hormoonreguleeritud) avanevad, kui retseptorid interakteeruvad ainetega. Kanaleid saab tänu väravale avada või sulgeda. Membraanisse on sisse ehitatud kahte tüüpi väravaid: aktiveerimine(sügaval kanalis) ja inaktiveerimine(kanali pinnal). Värav võib olla ühes kolmest olekust:

  • avatud olek (mõlemat tüüpi väravad on avatud);
  • suletud olek (aktiveerimisvärav on suletud);
  • inaktiveerimise olek (inaktiveerimisvärav suletud).

Teine membraanide iseloomulik tunnus on võime teostada anorgaaniliste ioonide, toitainete ja erinevate ainevahetusproduktide selektiivset ülekandmist. Eristada ainete passiivse ja aktiivse ülekande (transpordi) süsteeme. Passiivne transport toimub ioonikanalite kaudu kandevalkude abiga või ilma ning selle liikumapanev jõud on ioonide elektrokeemilise potentsiaali erinevus rakusisese ja ekstratsellulaarse ruumi vahel. Ioonikanalite selektiivsuse määravad selle geomeetrilised parameetrid ja keemiline olemus kanali ja selle suudme seinu vooderdavad rühmad.

Praegu on kõige paremini uuritud kanalid, millel on selektiivne läbilaskvus Na +, K +, Ca 2+ ioonide, aga ka vee jaoks (nn akvaporiinid). Ioonikanalite läbimõõt on erinevate uuringute järgi 0,5-0,7 nm. Kanalite läbilaskevõime võib varieeruda, ühest ioonkanalist võib läbida 10 7 - 10 8 iooni sekundis.

Aktiivne transport toimub energiakuluga ja seda teostavad nn ioonpumbad. Ioonpumbad on membraani sisse ehitatud molekulaarsed valgustruktuurid, mis kannavad ioone kõrgema elektrokeemilise potentsiaali suunas.

Pumbad töötavad ATP hüdrolüüsi energiast. Praegu on hästi uuritud Na + / K + - ATPaas, Ca 2+ - ATPaas, H + - ATPaas, H + / K + - ATPaas, Mg 2+ - ATPaas, mis tagavad Na +, K +, Ca liikumise. 2+ ioonid vastavalt, H +, Mg 2+ isoleeritud või konjugeeritud (Na + ja K +; H + ja K +). Aktiivse transpordi molekulaarne mehhanism pole täielikult teada.

Kõik elusorganismid Maal koosnevad rakkudest ja iga rakku ümbritseb kaitsekesta – membraan. Kuid membraani funktsioonid ei piirdu ainult organellide kaitsmise ja ühe raku teisest eraldamisega. Rakumembraan on keeruline mehhanism, mis on otseselt seotud raku paljunemise, regenereerimise, toitumise, hingamise ja paljude teiste oluliste funktsioonidega.

Mõiste "rakumembraan" on kasutusel olnud peaaegu sajandi. Sõna "membraan" ise tähendab ladina keelest tõlgituna "filmi". Aga rakumembraani puhul oleks õigem rääkida kahe kindlal viisil ühendatud kile komplektist ja pealegi on nende kilede erinevatel külgedel erinevad omadused.

Rakumembraan (tsütolemma, plasmalemma) on kolmekihiline lipoproteiini (rasvvalk) membraan, mis eraldab iga raku naaberrakkudest ja keskkonnast ning teostab kontrollitud vahetust rakkude ja keskkonna vahel.

Selles määratluses ei ole määrav mitte see, et rakumembraan eraldaks ühe raku teisest, vaid see, et see tagab selle koostoime teiste rakkude ja keskkonnaga. Membraan on väga aktiivne, pidevalt töötav raku struktuur, millele loodus on usaldanud palju funktsioone. Meie artiklist saate teada kõike rakumembraani koostise, struktuuri, omaduste ja funktsioonide kohta, aga ka ohtu, mida rakumembraanide talitlushäired inimeste tervisele kujutavad.

Rakumembraanide uurimise ajalugu

1925. aastal suutsid kaks Saksa teadlast, Gorter ja Grendel, läbi viia keeruka katse inimvere punaliblede ehk erütrotsüütidega. Osmootse löögi abil said teadlased nn "varjud" - punaste vereliblede tühjad kestad, seejärel panid need ühte hunnikusse ja mõõtsid pindala. Järgmise sammuna arvutati lipiidide hulk rakumembraanis. Atsetooni abil eraldasid teadlased "varjudest" lipiidid ja tegid kindlaks, et neist piisab kahekordse pideva kihi jaoks.

Katse käigus tehti aga kaks jämedat viga:

    Atsetooni kasutamine ei võimalda absoluutselt kõiki lipiide membraanidest eraldada;

    "Varjude" pindala arvutati kuivkaalu põhjal, mis on samuti vale.

Kuna esimene viga andis arvutustes miinuse ja teine ​​pluss, osutus üldtulemus üllatavalt täpseks ja Saksa teadlased tõid teadusmaailma kõige olulisema avastuse - rakumembraani lipiidide kaksikkihi.

1935. aastal jõudis teine ​​teadlaste paar Danielle ja Dawson pärast pikki katseid bilipiidkiledega järeldusele valkude olemasolu kohta rakumembraanides. Ei olnud muud võimalust seletada, miks neil kiledel on nii suur pindpinevus. Teadlased esitlesid avalikkusele võileiva sarnase rakumembraani skemaatilise mudeli, kus homogeensed lipiid-valgu kihid mängivad leivaviilude rolli ja nende vahel on või asemel tühimik.

1950. aastal leidis esimese elektronmikroskoobi abil Danielle-Dawsoni teooria osaliselt kinnitust – rakumembraani mikrograafidel olid selgelt näha kaks lipiidi- ja valgupeadest koosnevat kihti ning nende vahel läbipaistev ruum, mis oli täidetud ainult lipiidide sabadega. ja valgud.

1960. aastal töötas Ameerika mikrobioloog J. Robertson nendest andmetest juhindudes välja rakumembraanide kolmekihilise struktuuri teooria, mida peeti pikka aega ainsaks õigeks. Teaduse arenedes tekkis aga üha enam kahtlusi nende kihtide homogeensuses. Termodünaamika seisukohalt on selline struktuur äärmiselt ebasoodne - rakkudel oleks väga raske transportida aineid sisse ja välja läbi kogu "võileiva". Lisaks on tõestatud, et erinevate kudede rakumembraanid on erineva paksusega ja erineva kinnitusviisiga, mis on tingitud elundite erinevatest funktsioonidest.

1972. aastal leidsid mikrobioloogid S.D. Laulja ja G.L. Nicholson suutis kõik Robertsoni teooria ebakõlad selgitada rakumembraani uue vedeliku-mosaiikmudeli abil. Teadlased on leidnud, et membraan on heterogeenne, asümmeetriline, vedelikuga täidetud ja selle rakud on pidevas liikumises. Ja selle moodustavatel valkudel on erinev struktuur ja eesmärk, lisaks paiknevad nad membraani bilipiidkihi suhtes erineval viisil.

Rakumembraanide koostis sisaldab kolme tüüpi valke:

    Perifeerne - kinnitatud kile pinnale;

    Poolintegraalne- osaliselt tungida bilipiidkihti;

    Integraalne - tungib täielikult läbi membraani.

Perifeersed valgud on elektrostaatilise interaktsiooni kaudu seotud membraani lipiidide peadega ja nad ei moodusta kunagi pidevat kihti, nagu varem arvati, samas kui poolintegraalsed ja integraalsed valgud transpordivad rakusse hapnikku ja toitaineid ning eemaldavad lagunemist. selle tooteid ja palju muud. mitme olulise funktsiooni jaoks, millest saate järgmisena teada.



Rakumembraan täidab järgmisi funktsioone:

    Barjäär - membraani läbilaskvus erinevat tüüpi molekulidele ei ole sama.Rakumembraanist möödasõiduks peab molekul olema kindla suurusega, Keemilised omadused ja elektrilaeng. Kahjulikud või sobimatud molekulid rakumembraani barjäärifunktsiooni tõttu lihtsalt ei suuda rakku tungida. Näiteks kaitseb membraan peroksisreaktsiooni abil tsütoplasmat talle ohtlike peroksiidide eest;

    Transport – passiivne, aktiivne, reguleeritud ja selektiivne vahetus läbib membraani. Passiivne ainevahetus sobib väga väikestest molekulidest koosnevatele rasvlahustuvatele ainetele ja gaasidele. Sellised ained tungivad difusioonimeetodil vabalt rakku ja sealt välja ilma energiat kulutamata. Vajadusel aktiveerub rakumembraani aktiivne transpordifunktsioon, kuid raskesti transporditavaid aineid on vaja transportida rakku või sealt välja. Näiteks need, kellel on suur molekulaarne suurus või mis ei suuda hüdrofoobsuse tõttu bilipiidkihti ületada. Seejärel hakkavad tööle valgud-pumbad, sealhulgas ATPaas, mis vastutab kaaliumiioonide imendumise eest rakku ja naatriumioonide väljutamise eest. Reguleeritud transport on vajalik sekretsiooni ja fermentatsiooni funktsioonide jaoks, näiteks kui rakud toodavad ja eritavad hormoone või maomahla. Kõik need ained lahkuvad rakkudest spetsiaalsete kanalite kaudu ja etteantud mahus. Ja selektiivne transpordifunktsioon on seotud väga integreeritud valkudega, mis tungivad läbi membraani ja toimivad kanalina rangelt määratletud tüüpi molekulide sisenemiseks ja väljumiseks;

    Maatriks - rakumembraan määrab ja fikseerib organellide paigutuse üksteise suhtes (tuum, mitokondrid, kloroplastid) ning reguleerib nendevahelist vastasmõju;

    Mehaaniline - tagab ühe raku piiramise teisest ja samal ajal - rakkude õige ühendamise homogeenseks koeks ja elundite vastupidavuse deformatsioonile;

    Kaitsev – nii taimedel kui loomadel on rakumembraan kaitseraamistiku ehitamise aluseks. Näiteks kõva puit, tihe nahk ja okkalised okkad. Loomariigis on ka palju näiteid rakumembraanide kaitsefunktsioonist - kilpkonna kest, kitiinmembraan, kabjad ja sarved;

    Energia - fotosünteesi ja rakuhingamise protsessid oleksid võimatud ilma rakumembraani valkude osaluseta, kuna rakud vahetavad energiat valgukanalite abil;

    Retseptor – rakumembraani põimitud valkudel võib olla veel üks oluline funktsioon. Need toimivad retseptoritena, mille kaudu rakk saab signaali hormoonidelt ja neurotransmitteritelt. Ja see on omakorda vajalik närviimpulsside juhtimiseks ja hormonaalsete protsesside normaalseks kulgemiseks;

    Ensümaatiline on veel üks oluline funktsioon, mis on omane teatud rakumembraanide valkudele. Näiteks sooleepiteelis sünteesitakse selliste valkude abil seedeensüüme;

    Biopotentsiaal- kaaliumiioonide kontsentratsioon rakus on palju suurem kui väljaspool ja naatriumiioonide kontsentratsioon on vastupidi kõrgem väljaspool kui sees. See seletab potentsiaalset erinevust: raku sees on laeng negatiivne, väljastpoolt positiivne, mis soodustab ainete liikumist rakku ja väljapoole ükskõik millises kolmest ainevahetustüübist – fagotsütoos, pinotsütoos ja eksotsütoos;

    Märgistus - rakumembraanide pinnal on nn "märgised" - glükoproteiinidest koosnevad antigeenid (valgud, mille külge on kinnitatud hargnenud oligosahhariidsed kõrvalahelad). Kuna külgahelatel võib olla väga palju erinevaid konfiguratsioone, saab iga rakutüüp oma ainulaadse märgise, mis võimaldab teistel keharakkudel neid "pilgu järgi" ära tunda ja neile õigesti reageerida. Seetõttu tunnevad näiteks inimese immuunrakud, makrofaagid, kergesti ära kehasse sattunud võõra inimese (infektsioon, viirus) ja püüavad seda hävitada. Sama juhtub haigete, muteerunud ja vanade rakkudega – nende rakumembraanil muutub silt ja keha vabaneb neist.

Rakuvahetus toimub läbi membraanide ja seda saab läbi viia kolme peamise reaktsioonitüübi abil:

    Fagotsütoos on rakuline protsess, mille käigus membraani sisse ehitatud fagotsüütide rakud püüavad kinni ja seedivad toitainete tahkeid osakesi. Inimkehas viivad fagotsütoosi läbi kahte tüüpi rakkude membraanid: granulotsüüdid (granuleeritud leukotsüüdid) ja makrofaagid (immuunsuse tapjarakud);

    Pinotsütoos on protsess, mille käigus rakumembraani pind haarab sellega kokku puutuvaid vedelaid molekule. Pinotsütoosi tüübi järgi toitumiseks kasvab rakk oma membraanil õhukesed kohevad väljakasvud kõõlusena, mis justkui ümbritsevad vedelikupiiska, ja tekib mull. Esiteks ulatub see mull membraani pinnast kõrgemale ja seejärel "alla neelatakse" - see peidab end raku sees ja selle seinad ühinevad rakumembraani sisepinnaga. Pinotsütoos esineb peaaegu kõigis elusrakkudes;

    eksotsütoos - vastupidine protsess, milles sekretoorse funktsionaalse vedelikuga (ensüüm, hormoon) tekivad raku sees mullid ja see tuleb kuidagi rakust keskkonda eemaldada. Selleks sulandub mull esmalt rakumembraani sisepinnaga, seejärel ulatub väljapoole, lõhkeb, ajab sisu välja ja sulandub uuesti membraani pinnaga, seekord väljastpoolt. Eksotsütoos toimub näiteks sooleepiteeli ja neerupealiste koore rakkudes.

Rakumembraanid sisaldavad kolme klassi lipiide:

    fosfolipiidid;

    glükolipiidid;

    Kolesterool.

Fosfolipiidid (rasvade ja fosfori kombinatsioon) ja glükolipiidid (rasvade ja süsivesikute kombinatsioon) koosnevad omakorda hüdrofiilsest peast, millest ulatub välja kaks pikka hüdrofoobset saba. Kuid kolesterool võtab mõnikord nende kahe saba vahelise ruumi ja takistab nende paindumist, mis muudab mõne raku membraanid jäigaks. Lisaks korraldavad kolesterooli molekulid rakumembraanide struktuuri ja takistavad polaarsete molekulide üleminekut ühest rakust teise.

Kuid kõige olulisem komponent, nagu näete eelmisest rakumembraanide funktsioone käsitlevast jaotisest, on valgud. Nende koostis, otstarve ja asukoht on väga mitmekesised, kuid on midagi ühist, mis neid kõiki ühendab: rõngakujulised lipiidid paiknevad alati rakumembraanide valkude ümber. Need on spetsiaalsed rasvad, mis on selge struktuuriga, stabiilsed, sisaldavad rohkem küllastunud rasvhappeid ja vabanevad membraanidest koos "sponsoreeritud" valkudega. See on omamoodi isiklik kaitsekesta valkude jaoks, ilma milleta need lihtsalt ei töötaks.

Rakumembraani struktuur on kolmekihiline. Keskel on suhteliselt homogeenne vedel bilipiidkiht ja valgud katavad seda mõlemalt poolt mosaiigina, tungides osaliselt paksusesse. See tähendab, et oleks vale arvata, et rakumembraanide välimised valgukihid on pidevad. Valgud on lisaks nende keerukatele funktsioonidele vajalikud membraanis, et rakkudesse pääseda ja sealt välja transportida need ained, mis ei suuda rasvakihti tungida. Näiteks kaaliumi- ja naatriumioonid. Nende jaoks on ette nähtud spetsiaalsed valgustruktuurid - ioonkanalid, mida käsitleme üksikasjalikumalt allpool.

Kui vaadata rakumembraani läbi mikroskoobi, on näha väikseimatest kerakujulistest molekulidest moodustunud lipiidide kihti, mida mööda hõljuvad suured valgurakud nagu meres. erinevad kujud... Täpselt samad membraanid jagavad iga raku siseruumi osadeks, milles tuum, kloroplastid ja mitokondrid mugavalt paiknevad. Kui raku sees ei oleks eraldi "ruume", kleepuksid organellid üksteise külge ega suudaks oma ülesandeid korrektselt täita.

Rakk on membraanidega struktureeritud ja piiritletud organellide kompleks, mis osaleb energia-, ainevahetus-, informatsiooni- ja paljunemisprotsesside kompleksis, mis tagab organismi elutegevuse.

Nagu sellest määratlusest näha, on membraan iga raku kõige olulisem funktsionaalne komponent. Selle tähtsus on sama suur kui tuuma, mitokondrite ja teiste raku organellide tähtsus. Ja membraani ainulaadsed omadused tulenevad selle struktuurist: see koosneb kahest erilisel viisil kokku kleepunud kilest. Fosfolipiidmolekulid membraanis paiknevad hüdrofiilsete peadega väljapoole ja hüdrofoobsete sabadega sissepoole. Seetõttu on kile üks pool veega märjaks, teine ​​aga mitte. Niisiis on need kiled üksteisega ühendatud niisutamata külgedega sissepoole, moodustades bilipiidkihi, mida ümbritsevad valgumolekulid. See on rakumembraani "sandwich" struktuur.

Rakumembraanide ioonkanalid

Vaatleme üksikasjalikumalt ioonkanalite tööpõhimõtet. Milleks neid vaja on? Fakt on see, et ainult rasvlahustuvad ained võivad vabalt läbi lipiidmembraani tungida - need on gaasid, alkoholid ja rasvad ise. Näiteks hapnik ja süsihappegaas vahetatakse pidevalt punastes verelibledes ja selleks ei pea meie keha mingeid lisanippe appi võtma. Aga kuidas on lood siis, kui on vaja transportida läbi rakumembraani vesilahuseid, nagu naatriumi- ja kaaliumisoolad?

Sellistele ainetele oleks bilipiidkihis võimatu teed sillutada, kuna augud tõmbuksid kohe kokku ja kleepuksid uuesti kokku, selline on iga rasvkoe struktuur. Kuid loodus, nagu alati, leidis olukorrast väljapääsu ja lõi spetsiaalsed valgu transpordistruktuurid.

Juhtivaid valke on kahte tüüpi:

    Konveierid - poolintegreeritud valgupumbad;

    Kanalite moodustajad on lahutamatud valgud.

Esimest tüüpi valgud on osaliselt sukeldatud rakumembraani bilipiidkihti ja vaatavad oma peaga välja ning hakkavad vajaliku aine olemasolul käituma nagu pump: tõmbavad molekuli ligi ja imevad selle rakku. . Ja teist tüüpi, integraalsed valgud on pikliku kujuga ja asuvad rakumembraani bilipiidkihiga risti, tungides selle läbi ja läbi. Mööda neid, nagu tunnelite kaudu, liiguvad rakku sisse ja sealt välja ained, mis ei suuda rasva läbida. Ioonikanalite kaudu tungivad kaaliumiioonid rakku ja kogunevad sinna, naatriumiioonid, vastupidi, eemaldatakse väljastpoolt. Elektrilistes potentsiaalides on erinevus, mis on meie keha kõigi rakkude nõuetekohaseks toimimiseks nii vajalik.

Olulisemad järeldused rakumembraanide ehituse ja talitluse kohta


Teooria tundub alati huvitav ja paljutõotav, kui seda saab praktikas hästi kasutada. Inimkeha rakumembraanide ehituse ja funktsioonide avastamine võimaldas teadlastel teha tõelise läbimurde teaduses üldiselt ja eriti meditsiinis. Pole juhus, et me nii üksikasjalikult ioonkanalitel peatusime, sest just siin peitub vastus meie aja ühele kõige olulisemale küsimusele: miks inimesed haigestuvad üha sagedamini onkoloogiasse?

Vähk nõuab igal aastal maailmas umbes 17 miljonit inimelu ja on kõigi surmajuhtumite levinuim põhjus neljas. WHO andmetel kasvab vähki haigestumine pidevalt ning 2020. aasta lõpuks võib ulatuda 25 miljonini aastas.

Mis seletab tõelist vähiepideemiat ja kuidas on sellega pistmist rakumembraanide funktsioon? Te ütlete: põhjuseks on halvad keskkonnatingimused, ebaõige toitumine, halvad harjumused ja raske pärilikkus. Ja muidugi on teil õigus, aga kui probleemist täpsemalt rääkida, siis põhjuseks on inimkeha hapestumine. Eespool loetletud negatiivsed tegurid põhjustavad rakumembraanide häireid, hingamist ja toitumist.

Seal, kus peaks olema pluss, tekib miinus ja rakk ei saa normaalselt toimida. Kuid vähirakud ei vaja hapnikku ega aluselist keskkonda – nad on võimelised kasutama anaeroobset tüüpi toitumist. Seetõttu muteeruvad terved rakud hapnikuvaeguse ja skaalavälise pH-taseme tingimustes, soovides sellega kohaneda keskkond ja muutuda vähirakkudeks. Nii haigestub inimene onkoloogiasse. Selle vältimiseks peate lihtsalt iga päev tarbima piisavas koguses puhast vett ja loobuma kantserogeenidest toidus. Kuid reeglina on inimesed kahjulikest toodetest ja kvaliteetse vee vajadusest teadlikud ega tee midagi - nad loodavad, et hädad lähevad neist mööda.

Teades erinevate rakkude rakumembraanide ehituse ja funktsioonide iseärasusi, saavad arstid seda teavet kasutada, et pakkuda kehale sihipärast ja sihipärast ravitoimet. Paljud kaasaegsed ravimid Meie kehasse sattudes otsivad nad soovitud “sihtmärki”, milleks võivad olla ioonkanalid, ensüümid, retseptorid ja rakumembraanide biomarkerid. See ravimeetod võimaldab saavutada paremaid tulemusi minimaalsete kõrvalmõjudega.

Vereringesse sattudes ei tapa viimase põlvkonna antibiootikumid kõiki rakke järjest, vaid nad otsivad patogeeni rakke, keskendudes selle rakumembraanides olevatele markeritele. Uusimad migreenivastased ravimid, triptaanid, ahendavad ainult aju põletikulisi veresooni, avaldamata peaaegu mingit mõju südamele ja perifeersele vereringesüsteemile. Ja nad tunnevad vajalikud veresooned ära täpselt oma rakumembraanide valkude järgi. Selliseid näiteid on palju, seega võib kindlalt väita, et teadmised rakumembraanide ehituse ja funktsioonide kohta on tänapäevase arstiteaduse arengu aluseks ning päästavad igal aastal miljoneid elusid.


Haridus: Moskva meditsiiniinstituut. IM Sechenov, eriala - "Üldmeditsiin" 1991. aastal, 1993. aastal "Kutsehaigused", 1996. aastal "Teraapia".