Reklama portale

Kodėl membrana vadinama universaliu ląstelės struktūriniu vienetu? Ląstelių membrana: jos struktūra ir funkcija. Išorinės ląstelės membranos funkcijos

Trumpas aprašymas:

Sazonovas V.F. 1_1 Ląstelės membranos struktūra [Elektroninis išteklius] // Kineziologas, 2009-2018: [svetainė]. Atnaujinta data: 2018 02 06 ..__. 201_). _Aprašyta ląstelių membranos struktūra ir veikimas (sinonimai: plazmalemma, plazmolemma, biomembrana, ląstelių membrana, išorinė ląstelių membrana, ląstelių membrana, citoplazminė membrana). Ši pradinė informacija reikalinga tiek citologijai, tiek nervų veiklos procesams suprasti: nervų sužadinimas, slopinimas, sinapsių ir jutimo receptorių darbas.

Ląstelių membrana (plazma a lemma arba plazma O lemma)

Sąvokos apibrėžimas

Ląstelės membrana (sinonimai: plazmalemma, plazmolemma, citoplazminė membrana, biomembrana) yra trigubos lipoproteinų (ty „riebalų-baltymų“) membrana, atskirianti ląstelę nuo aplinkos ir atliekanti kontroliuojamus mainus ir ryšį tarp ląstelės ir jos aplinkos.

Pagrindinis šio apibrėžimo dalykas yra ne tai, kad membrana atskiria ląstelę nuo aplinkos, bet būtent tai jungiasi narvas su aplinka. Membrana yra aktyvus ląstelės struktūrą, ji nuolat veikia.

Biologinė membrana yra ypač plona bimolekulinė fosfolipidų plėvelė, padengta baltymais ir polisacharidais. Ši ląstelinė struktūra yra gyvo organizmo barjerinių, mechaninių ir matricinių savybių pagrindas (Antonovas V. F., 1996).

Vaizdinis membranos vaizdas

Man ląstelės membrana atrodo kaip grotelinė tvora su daugybe durų, kuri supa tam tikrą teritoriją. Bet koks mažas gyvas padaras gali laisvai judėti pirmyn ir atgal per šią tvorą. Tačiau didesni lankytojai gali patekti tik pro duris, ir net tada ne visi. Skirtingi lankytojai turi raktus tik nuo savo durų ir negali praeiti pro kitų žmonių duris. Taigi, per šią tvorą nuolat vyksta lankytojų srautai pirmyn ir atgal, nes pagrindinė membranos-tvoros funkcija yra dvejopa: atskirti teritoriją nuo supančios erdvės ir tuo pačiu sujungti ją su supančia erdve. Tam tvoroje yra daug skylių ir durų - !

Membranos savybės

1. Pralaidumas.

2. Pusiau pralaidumas (dalinis pralaidumas).

3. Selektyvus (sinonimas: selektyvus) pralaidumas.

4. Aktyvus pralaidumas (sinonimas: aktyvus transportas).

5. Kontroliuojamas pralaidumas.

Kaip matote, pagrindinė membranos savybė yra jos pralaidumas įvairioms medžiagoms.

6. Fagocitozė ir pinocitozė.

7. Egzocitozė.

8. Elektrinių ir cheminių potencialų buvimas, tiksliau, potencialų skirtumas tarp vidinės ir išorinės membranos pusių. Vaizdžiai galime tai pasakyti "Membrana paverčia ląstelę į" elektrinę bateriją ", valdydama jonų srautus"... Išsami informacija: .

9. Elektros ir cheminio potencialo pokyčiai.

10. Dirglumas. Ant membranos esantys specialūs molekuliniai receptoriai gali susieti su signalinėmis (kontrolinėmis) medžiagomis, todėl gali pasikeisti membranos ir visos ląstelės būsena. Molekuliniai receptoriai sukelia biochemines reakcijas reaguojant į ligandų (kontrolinių medžiagų) derinį su jais. Svarbu pažymėti, kad signalinė medžiaga veikia receptorių iš išorės, o pokyčiai tęsiasi ląstelės viduje. Pasirodo, kad membrana perduodavo informaciją iš aplinkos į ląstelės vidinę aplinką.

11. Katalizinis fermentinis aktyvumas. Fermentai gali būti įterpti į membraną arba susieti su jos paviršiumi (tiek ląstelės viduje, tiek išorėje), ir ten jie atlieka savo fermentinį aktyvumą.

12. Paviršiaus formos ir jos ploto keitimas. Tai leidžia membranai formuoti ataugas į išorę arba, atvirkščiai, įsiskverbti į ląstelę.

13. Gebėjimas užmegzti kontaktus su kitomis ląstelių membranomis.

14. Sukibimas - tai gebėjimas sukibti su kietais paviršiais.

Trumpas membranos savybių sąrašas

  • Pralaidumas.
  • Endocitozė, egzocitozė, transcitozė.
  • Potencialas.
  • Dirglumas.
  • Fermentinė veikla.
  • Kontaktai.
  • Sukibimas.

Membranos funkcijos

1. Nepilnas vidinio turinio izoliavimas nuo išorinės aplinkos.

2. Ląstelės membranos darbe pagrindinis dalykas yra mainai įvairūs medžiagos tarp ląstelės ir tarpląstelinės aplinkos. Taip yra dėl tokios membranos savybės kaip pralaidumas. Be to, membrana reguliuoja šį mainą, reguliuodama jo pralaidumą.

3. Kita svarbi membranos funkcija yra cheminių ir elektrinių potencialų skirtumo sukūrimas tarp jo vidinės ir išorinės pusės. Dėl šios priežasties ląstelės viduje yra neigiamas elektrinis potencialas -.

4. Per membraną taip pat atliekamas keitimasis informacija tarp ląstelės ir jos aplinkos. Specialūs molekuliniai receptoriai, esantys ant membranos, gali prisijungti prie kontroliuojančių medžiagų (hormonų, mediatorių, moduliatorių) ir sukelti biochemines reakcijas ląstelėje, dėl to gali pasikeisti ląstelės ar jos struktūros.

Vaizdo įrašas:Ląstelių membranos struktūra

Video paskaita:Išsami informacija apie membranos struktūrą ir transportavimą

Membranos struktūra

Ląstelių membrana yra universali trijų sluoksnių struktūra. Jo vidurinis riebalų sluoksnis yra ištisinis, o viršutinis ir apatinis baltymų sluoksniai padengia jį atskirų baltymų sričių mozaikos pavidalu. Riebalinis sluoksnis yra pagrindas, užtikrinantis ląstelės izoliaciją nuo aplinkos, izoliuojant ją nuo aplinkos. Pati savaime ji labai prastai prasiskverbia vandenyje tirpias medžiagas, tačiau lengvai leidžia tirpias riebaluose. Todėl vandenyje tirpių medžiagų (pavyzdžiui, jonų) membranos pralaidumas turi būti aprūpintas specialiomis baltymų struktūromis - ir.

Žemiau pateikiamos kontaktinių ląstelių tikrų ląstelių membranų fotomikrografijos, gautos naudojant elektroninį mikroskopą, taip pat scheminis brėžinys, parodantis trijų sluoksnių membraną ir jos baltymų sluoksnių mozaiką. Norėdami padidinti vaizdą, spustelėkite jį.

Atskiras ląstelės membranos vidinio lipidinio (riebalinio) sluoksnio vaizdas, persmelktas integruotų įterptųjų baltymų. Viršutinis ir apatinis baltymų sluoksniai pašalinami, kad netrukdytų žiūrėti lipidų dvigubo sluoksnio

Paveikslėlis aukščiau: Neišsamus ląstelių membranos (ląstelės sienelės) scheminis vaizdas, kaip parodyta Vikipedijoje.

Atkreipkite dėmesį, kad išorinis ir vidinis baltymų sluoksniai buvo pašalinti iš membranos, kad galėtume geriau matyti centrinį riebalų dvigubą lipidų sluoksnį. Tikroje ląstelių membranoje išilgai riebalinės plėvelės plūduriuoja didelės ir baltos „salos“ (paveiksle-maži rutuliai), o membrana yra storesnė, trijų sluoksnių: baltymai-riebalai-baltymai ... Taigi iš tikrųjų tai atrodo kaip sumuštinis iš dviejų baltyminių „riekelių duonos“ su storu „sviesto“ sluoksniu viduryje, t.y. turi trijų sluoksnių struktūrą, o ne dviejų sluoksnių.

Šiame paveikslėlyje mažos mėlynos ir baltos rutuliukai atitinka hidrofilines (šlapias) lipidų „galvutes“, o prie jų pritvirtintos „stygos“-hidrofobines (nesušlapiančias) „uodegas“. Iš baltymų rodomi tik integruoti galiniai membraniniai baltymai (raudoni rutuliai ir geltonos spiralės). Geltoni ovalūs taškai membranos viduje yra cholesterolio molekulės. Geltonai žalios granulių grandinės membranos išorėje yra oligosacharidų grandinės, sudarančios glikokaliksą. Glikokaliksas yra tarsi angliavandenių („cukraus“) „pūkas“ ant membranos, suformuotas iš jo kyšančių ilgų angliavandenių-baltymų molekulių.

„Alive“ yra nedidelis „baltymų riebalų maišelis“, užpildytas pusiau skystu želė pavidalo turiniu, perpildytu plėvelėmis ir vamzdeliais.

Šio maišelio sienas sudaro dviguba riebalų (lipidų) plėvelė, padengta iš vidaus ir išorės baltymais - ląstelių membrana. Todėl sakoma, kad membrana turi trijų sluoksnių struktūra : baltymai-riebalai-baltymai... Ląstelės viduje taip pat yra daug panašių riebalinių membranų, kurios padalija jos vidinę erdvę į skyrius. Ląstelių organelius supa tos pačios membranos: branduolys, mitochondrijos, chloroplastai. Taigi membrana yra universali molekulinė struktūra, būdinga visoms ląstelėms ir visiems gyviems organizmams.

Kairėje yra ne tikras, o dirbtinis biologinės membranos gabalo modelis: tai riebalinio fosfolipidinio dvisluoksnio (t. Y. Dvigubo sluoksnio) momentinė jo molekulinės dinamikos modeliavimo proceso nuotrauka. Parodyta apskaičiuota modelio ląstelė - 96 PC molekulės ( f osfatidilis NS olina) ir 2304 vandens molekulės, iš viso 20544 atomai.

Dešinėje yra vizualus tos pačios lipido molekulės, iš kurios surenkamas dvigubas lipidinis dvisluoksnis, modelis. Viršuje ji turi hidrofilinę (vandenį mėgstančią) galvą, o apačioje-dvi hidrofobinės (vandens nebijančios) uodegos. Šis lipidas turi paprastą pavadinimą: 1-steroil-2-dokozaheksaenoil-Sn-glicero-3-fosfatidilcholinas (18: 0/22: 6 (n-3) cis PC), tačiau jums nereikia jo įsiminti, nebent suplanuokite, kad jūsų mokytojas nualps jūsų žiniomis.

Tikslesnis mokslinis ląstelės apibrėžimas gali būti pateiktas:

Jį riboja aktyvi membrana, tvarkinga, struktūruota nevienalytė biopolimerų sistema, dalyvaujanti viename medžiagų apykaitos, energijos ir informacijos procesų rinkinyje, taip pat atliekanti visos sistemos priežiūrą ir atkūrimą.

Ląstelės viduje taip pat yra skvarbios membranos, o tarp membranų yra ne vanduo, o klampus gelis / solis, kurio tankis kinta. Todėl ląstelėje sąveikaujančios molekulės laisvai neplaukioja, kaip mėgintuvėlyje su vandeniniu tirpalu, bet daugiausia sėdi (imobilizuojamos) ant citoskeleto polimerinių struktūrų ar tarpląstelinių membranų. Todėl cheminės reakcijos vyksta ląstelės viduje beveik kaip kietoje medžiagoje, o ne skystyje. Ląstelę supanti išorinė membrana taip pat yra padengta fermentais ir molekuliniais receptoriais, todėl ji yra labai aktyvi ląstelės dalis.

Ląstelės membrana (plazmalemma, plazmolemma) yra aktyvi membrana, atskirianti ląstelę nuo aplinkos ir jungianti ją su aplinka. © Sazonovas V.F., 2016 m.

Iš šio membranos apibrėžimo matyti, kad ji ne tik apriboja ląstelę, bet aktyviai dirba susiejant ją su aplinka.

Riebalai, iš kurių sudarytos membranos, yra ypatingi, todėl jo molekulės paprastai vadinamos ne tik riebalais, bet ir "Lipidai", "fosfolipidai", "sfingolipidai"... Membraninė plėvelė yra dviguba, tai yra, ji susideda iš dviejų tarpusavyje priklijuotų plėvelių. Todėl vadovėliuose jie rašo, kad ląstelės membranos pagrindą sudaro du lipidų sluoksniai (arba dvisluoksnis", t. y. dvigubas sluoksnis). Kiekvieno atskiro lipidinio sluoksnio vieną pusę galima sudrėkinti vandeniu, o kitą-ne. Taigi, šios plėvelės tiksliai prilimpa viena prie kitos savo nedrėkinančiomis pusėmis.

Bakterinė membrana

Gramneigiamų bakterijų prokariotinė ląstelių membrana susideda iš kelių sluoksnių, parodyta paveikslėlyje žemiau.
Gramneigiamų bakterijų sluoksniai:
1. Vidinė trijų sluoksnių citoplazminė membrana, kuri liečiasi su citoplazma.
2. Ląstelės sienelė, kurią sudaro mureinas.
3. Išorinė trijų sluoksnių citoplazminė membrana, turinti tą pačią lipidų sistemą su baltymų kompleksais kaip ir vidinė membrana.
Gramneigiamų bakterijų ląstelių bendravimas su išoriniu pasauliu per tokią sudėtingą trijų pakopų struktūrą nesuteikia jiems pranašumo išgyventi sunkiomis sąlygomis, palyginti su gramteigiamomis bakterijomis, kurių membrana yra mažiau galinga. Jie taip pat blogai toleruoja aukštą temperatūrą, rūgštingumą ir slėgio kritimą.

Video paskaita:Plazmos membrana. E.V. Cheval, daktaras

Video paskaita:Membrana kaip ląstelių siena. A. Iljaskinas

Membraninių jonų kanalų svarba

Nesunku suprasti, kad per riebalinę membraną į ląstelę gali patekti tik riebaluose tirpios medžiagos. Tai riebalai, alkoholiai, dujos. Pavyzdžiui, eritrocituose deguonis ir anglies dioksidas lengvai patenka ir išeina tiesiai per membraną. Tačiau vanduo ir vandenyje tirpios medžiagos (pavyzdžiui, jonai) tiesiog negali prasiskverbti pro membraną į jokią ląstelę. Tai reiškia, kad jiems reikia specialių skylių. Bet jei jūs tiesiog padarysite skylę riebioje plėvelėje, tada ji bus nedelsiant atitraukta. Ką daryti? Buvo rasta išeitis gamtoje: būtina pagaminti specialias baltymų transportavimo struktūras ir ištempti jas per membraną. Taip gaunami riebaluose netirpių medžiagų praėjimo kanalai - ląstelės membranos jonų kanalai.

Taigi, norėdama suteikti savo membranai papildomų poliarinių molekulių (jonų ir vandens) pralaidumo savybių, ląstelė citoplazmoje sintezuoja specialius baltymus, kurie vėliau įterpiami į membraną. Jie yra dviejų tipų: transporterio baltymai (pavyzdžiui, transporto ATPazės) ir kanalus formuojantys baltymai (kanalų kūrėjai). Šie baltymai yra įtraukti į dvigubą riebalinį membranos sluoksnį ir sudaro transportavimo struktūras transporterių arba jonų kanalų pavidalu. Į šias transportavimo struktūras dabar gali patekti įvairios vandenyje tirpios medžiagos, kurios kitaip negali praeiti per riebalinės membranos plėvelę.

Apskritai, į membraną įmontuoti baltymai taip pat vadinami vientisas, būtent todėl, kad atrodo, kad jie yra įtraukti į membranos sudėtį ir prasiskverbia pro ją. Kiti baltymai, neatskiriami, sudaro salas, kurios „plaukioja“ išilgai membranos paviršiaus: išilgai išorinio paviršiaus arba išilgai vidinio paviršiaus. Juk visi žino, kad riebalai yra geras lubrikantas ir jais lengva slysti!

išvadas

1. Apskritai, membrana yra trijų sluoksnių:

1) išorinis baltymų „salų“ sluoksnis,

2) riebi dviejų sluoksnių „jūra“ (dvisluoksnis lipidas), t.y. dviguba lipidų plėvelė,

3) vidinis baltymų „salų“ sluoksnis.

Tačiau yra ir laisvas išorinis sluoksnis - glikokaliksas, kurį sudaro glikoproteinai, kylantys iš membranos. Jie yra molekuliniai receptoriai, su kuriais jungiasi signalizacijos kontrolės agentai.

2. Į membraną įmontuotos specialios baltymų struktūros, užtikrinančios jos pralaidumą jonams ar kitoms medžiagoms. Nepamirškite, kad kai kuriose vietose riebalų jūra yra persmelkta vientisų baltymų. Ir tai yra neatskiriami baltymai, kurie sudaro ypatingą transporto konstrukcijos ląstelių membrana (žr. 1_2 skyrių Membranos transportavimo mechanizmai). Per jas medžiagos patenka į ląstelę, taip pat pašalinamos iš ląstelės į išorę.

3. Abiejose membranos pusėse (išorinėje ir vidinėje), taip pat membranos viduje gali būti fermentų baltymų, kurie turi įtakos tiek pačios membranos būklei, tiek visos ląstelės gyvenimui.

Taigi ląstelės membrana yra aktyvi keičiama struktūra, kuri aktyviai veikia visos ląstelės interesus ir jungia ją su išoriniu pasauliu, ir nėra tik „apsauginis apvalkalas“. Tai yra svarbiausias dalykas, kurį reikia žinoti apie ląstelių membraną.

Medicinoje membraniniai baltymai dažnai naudojami kaip vaistų taikiniai. Receptoriai veikia kaip tokie taikiniai, jonų kanalai, fermentai, transporto sistemos. Pastaruoju metu, be membranos, taikinys vaistinių medžiagų taip pat tampa ląstelės branduolyje paslėptais genais.

Vaizdo įrašas:Įvadas į ląstelės membranos biofiziką: Membranų struktūra 1 (Vladimirov Yu.A.)

Vaizdo įrašas:Ląstelės membranos istorija, struktūra ir funkcija: 2 membranos struktūra (Vladimirov Yu.A.)

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

Ląstelės membrana yra itin plona plėvelė ant ląstelės arba ląstelės organelės paviršiaus, susidedanti iš bimolekulinio lipidų sluoksnio su įterptais baltymais ir polisacharidais.

Membranos funkcijos:

  • · Barjeras - užtikrina reguliuojamą, selektyvų, pasyvų ir aktyvų medžiagų apykaitą su aplinka. Pavyzdžiui, peroksisominė membrana apsaugo citoplazmą nuo ląstelėms kenksmingų peroksidų. Selektyvus pralaidumas reiškia, kad membranos pralaidumas įvairiems atomams ar molekulėms priklauso nuo jų dydžio, elektros krūvio ir cheminių savybių. Selektyvus pralaidumas užtikrina ląstelių ir ląstelių skyrių atskyrimą nuo aplinkos ir aprūpina juos reikalingomis medžiagomis.
  • · Transportavimas - medžiagos per membraną patenka į ląstelę ir iš jos išeina. Transportavimas per membranas suteikia: maistinių medžiagų tiekimą, galutinių medžiagų apykaitos produktų pašalinimą, įvairių medžiagų išskyrimą, joninių gradientų sukūrimą, optimalaus pH ir jonų koncentracijos ląstelėje palaikymą, būtinų ląstelių fermentų darbui. Dalelės, kurios dėl kokių nors priežasčių negali prasiskverbti į dvisluoksnį fosfolipidą (pavyzdžiui, dėl hidrofilinių savybių, nes viduje esanti membrana yra hidrofobinė ir neleidžia praeiti hidrofilinėms medžiagoms arba dėl didelio dydžio), bet būtinos ląstelėms , gali prasiskverbti pro membraną per specialius nešiklius (transporterius) ir kanalų baltymus arba endocitozės būdu. Pasyviai transportuojant, medžiagos kerta lipidų dvisluoksnį sluoksnį be energijos suvartojimo išilgai koncentracijos gradiento difuzijos būdu. Šio mechanizmo variantas yra palengvintas difuzija, kai konkreti molekulė padeda medžiagai praeiti per membraną. Ši molekulė gali turėti kanalą, kuris leidžia praeiti tik vienos rūšies medžiagoms. Aktyviam transportavimui reikia energijos, nes jis vyksta prieš koncentracijos gradientą. Ant membranos yra specialūs siurblio baltymai, įskaitant ATPazę, kuri aktyviai pumpuoja kalio jonus (K +) į ląstelę ir iš jos išpumpuoja natrio jonus (Na +).
  • Matrica - suteikia tam tikrą abipusį membraninių baltymų išdėstymą ir orientaciją, optimalią jų sąveiką.
  • Mechaninis - suteikia ląstelės autonomiją, jos tarpląstelines struktūras, taip pat ryšį su kitomis ląstelėmis (audiniuose). Ląstelių sienos vaidina svarbų vaidmenį užtikrinant mechaninę funkciją, o gyvūnams - tarpląstelinę medžiagą.
  • Energija - fotosintezės metu chloroplastuose ir ląstelių kvėpavimo mitochondrijose metu jų membranose veikia energijos perdavimo sistemos, kuriose dalyvauja ir baltymai;
  • Receptorius - kai kurie membranoje esantys baltymai yra receptoriai (molekulės, per kurias ląstelė suvokia tam tikrus signalus). Pavyzdžiui, kraujyje cirkuliuojantys hormonai veikia tik tas tikslines ląsteles, kurios turi receptorius, atitinkančius šiuos hormonus. Neuromediatoriai ( cheminės medžiagos užtikrindamas tai nerviniai impulsai) taip pat jungiasi prie specialių tikslinių ląstelių receptorių baltymų.
  • Fermentiniai - membraniniai baltymai dažnai yra fermentai. Pavyzdžiui, žarnyno epitelio ląstelių plazminėse membranose yra virškinimo fermentų.
  • · Biopotencialų kūrimas ir įgyvendinimas. Naudojant membraną, ląstelėje palaikoma pastovi jonų koncentracija: K + jonų koncentracija ląstelės viduje yra daug didesnė nei išorėje, o Na + koncentracija yra daug mažesnė, o tai labai svarbu, nes tai užtikrina membranos potencialo skirtumo palaikymą ir nervinio impulso generavimą.
  • · Ląstelių ženklinimas - ant membranos yra antigenų, kurie veikia kaip žymenys - „etiketės“, leidžiančios identifikuoti ląstelę. Tai glikoproteinai (tai yra baltymai su šakotomis oligosacharido šoninėmis grandinėmis), atliekantys „antenų“ vaidmenį. Dėl daugybės šoninių grandinių konfigūracijų galima sukurti konkretų kiekvieno tipo ląstelių žymeklį. Naudodamiesi žymenimis, ląstelės gali atpažinti kitas ląsteles ir veikti kartu su jomis, pavyzdžiui, formuojantis organams ir audiniams. Tai taip pat leidžia imuninei sistemai atpažinti svetimus antigenus.

Kai kurios baltymų molekulės laisvai difunduoja lipidinio sluoksnio plokštumoje; esant normaliai būsenai, baltymų molekulių dalys, atsirandančios iš priešingų ląstelių membranos pusių, nekeičia savo padėties.

Ląstelių membranų specifinė morfologija lemia jų elektrines charakteristikas, tarp kurių svarbiausios yra talpa ir laidumas.

Talpines savybes daugiausia lemia dvisluoksnis fosfolipidas, kuris yra nepralaidus hidratuotiems jonams ir tuo pačiu pakankamai plonas (apie 5 nm), kad būtų užtikrintas efektyvus krūvių atskyrimas ir kaupimasis, taip pat elektrostatinė katijonų ir anijonų sąveika. Be to, ląstelių membranų talpinės savybės yra viena iš priežasčių, lemiančių ląstelių membranose vykstančių elektrinių procesų laiko charakteristikas.

Laidumas (g) yra elektrinės varžos abipusis ir yra lygus visos tam tikro jono transmembraninės srovės santykiui su verte, sukėlusia jo transmembraninio potencialo skirtumą.

Įvairios medžiagos gali pasklisti per dvisluoksnį fosfolipidą, o pralaidumo laipsnis (P), tai yra, ląstelių membranos gebėjimas praleisti šias medžiagas, priklauso nuo difuzinės medžiagos koncentracijos skirtumo abiejose membranos pusėse, jo tirpumas lipiduose ir ląstelių membranos savybės. Įkrautų jonų difuzijos greitį pastoviame membranos lauke lemia jonų mobilumas, membranos storis ir jonų pasiskirstymas membranoje. Neelektrolitams membranos pralaidumas neturi įtakos jo laidumui, nes neelektrolitai neturi krūvių, t. Y. Jie negali perduoti elektros srovės.

Membranos laidumas yra jos jonų pralaidumo matas. Laidumo padidėjimas rodo jonų, praeinančių per membraną, skaičiaus padidėjimą.

Svarbi biologinių membranų savybė yra sklandumas. Visos ląstelių membranos yra judrios skysčio struktūros: dauguma jų sudedamųjų lipidų ir baltymų molekulių gali gana greitai judėti membranos plokštumoje

Membrana yra labai smulki struktūra, sudaranti organelių ir visos ląstelės paviršių. Visos membranos turi panašią struktūrą ir yra sujungtos į vieną sistemą.

Cheminė sudėtis

Ląstelių membranos yra chemiškai vienalytės ir susideda iš įvairių grupių baltymų ir lipidų:

  • fosfolipidai;
  • galaktolipidai;
  • sulfolipidai.

Jie taip pat apima nukleorūgštys, polisacharidai ir kitos medžiagos.

Fizinės savybės

Esant normaliai temperatūrai, membranos yra skystųjų kristalų būsenos ir nuolat svyruoja. Jų klampumas yra artimas augalinio aliejaus klampumui.

Membrana yra atstatoma, patvari, elastinga ir akyta. Membranų storis yra 7-14 nm.

TOP-4 straipsniaikurie skaitė kartu su tuo

Membrana nepralaidi didelėms molekulėms. Mažos molekulės ir jonai gali praeiti pro poras ir pačią membraną, veikiami koncentracijos skirtumų skirtingose ​​membranos pusėse, taip pat transportavimo baltymų pagalba.

Modelis

Paprastai membranų struktūra aprašoma naudojant skysčio-mozaikos modelį. Membrana turi karkasą - dvi eilutes lipidų molekulių, sandariai panašių į plytas greta viena kitos.

Ryžiai. 1. Sumuštinio tipo biologinė membrana.

Iš abiejų pusių lipidų paviršius yra padengtas baltymais. Mozaikos modelį sudaro baltymų molekulės, netolygiai paskirstytos membranos paviršiuje.

Pagal panardinimo į bilipidinį sluoksnį laipsnį baltymų molekulės skirstomos į trys grupės:

  • transmembraninis;
  • panardintas;
  • paviršutiniškas.

Baltymai suteikia pagrindinę membranos savybę - selektyvų jos pralaidumą įvairioms medžiagoms.

Membranų tipai

Visas ląstelių membranas pagal lokalizaciją galima suskirstyti į šių tipų:

  • lauke;
  • branduolinė;
  • organelių membranos.

Išorinė citoplazminė membrana arba plazmolemma yra ląstelės siena. Prisijungęs prie citoskeleto elementų, jis išlaiko savo formą ir dydį.

Ryžiai. 2. Citoskeletas.

Branduolinė membrana arba karyolemma yra branduolio turinio riba. Jis pagamintas iš dviejų membranų, labai panašių į išorinę. Išorinė branduolio membrana yra susijusi su membranomis endoplazminis Tinklelis(EPS) ir per poras - su vidine membrana.

EPS membranos prasiskverbia į visą citoplazmą, sudarydamos paviršius, ant kurių sintetinamos įvairios medžiagos, įskaitant membraninius baltymus.

Organoidinės membranos

Dauguma organelių turi membraninę struktūrą.

Sienos yra pagamintos iš vienos membranos:

  • Golgi kompleksas;
  • vakuolės;
  • lizosomos.

Plastidai ir mitochondrijos yra pagaminti iš dviejų membranų sluoksnių. Jų išorinė membrana yra lygi, o vidinė - daug raukšlių.

Fotosintetinių chloroplastų membranų ypatumai yra įterptos chlorofilo molekulės.

Gyvūnų ląstelės turi angliavandenių sluoksnį ant išorinės membranos paviršiaus, vadinamo glikokaliksu.

Ryžiai. 3. Glikokaliksas.

Labiausiai išvystytas glikokaliksas yra žarnyno epitelio ląstelėse, kur jis sukuria sąlygas virškinimui ir apsaugo plazmolemą.

Lentelė „Ląstelės membranos struktūra“

Ko mes išmokome?

Mes ištyrėme ląstelių membranos struktūrą ir funkciją. Membrana yra selektyvus (selektyvus) ląstelės, branduolio ir organelių barjeras. Ląstelės membranos struktūra aprašyta skystos mozaikos modeliu. Pagal šį modelį baltymų molekulės yra įterptos į dvigubą klampių lipidų sluoksnį.

Testas pagal temą

Ataskaitos vertinimas

Vidutinis reitingas: 4.5. Bendras įvertinimas: 100.

Ląstelė- savireguliuojantis struktūrinis ir funkcinis audinių ir organų vienetas. Ląstelių organų ir audinių sandaros teoriją sukūrė Schleidenas ir Schwannas 1839 m. Vėliau, naudojant elektronų mikroskopiją ir ultracentrifugaciją, pavyko išsiaiškinti visų pagrindinių gyvūnų ir augalų ląstelių organelių struktūrą (1 pav.).

Ryžiai. 1. Gyvūninių organizmų ląstelės sandaros schema

Pagrindinės ląstelės dalys yra citoplazma ir branduolys. Kiekvieną ląstelę supa labai plona membrana, kuri riboja jos turinį.

Ląstelių membrana vadinama plazmos membrana ir pasižymi selektyviu pralaidumu. Ši savybė leidžia pagrindines maistines medžiagas ir cheminiai elementai prasiskverbia į ląstelę, o produktų perteklius palieka ją. Plazmos membrana susideda iš dviejų lipidų molekulių sluoksnių, kuriuose yra specifinių baltymų. Pagrindiniai membranos lipidai yra fosfolipidai. Juose yra fosforo, poliarinės galvos ir dvi nepolinės ilgų grandinių riebalų rūgščių uodegos. Membraniniai lipidai apima cholesterolį ir cholesterolio esterius. Pagal skystos mozaikos struktūros modelį membranose yra baltymų ir lipidų molekulių intarpų, kurie gali susimaišyti, palyginti su dvisluoksniu sluoksniu. Kiekvienam gyvūno ląstelės membranos tipui būdinga gana pastovi lipidų sudėtis.

Struktūriškai membraniniai baltymai yra suskirstyti į dvi rūšis: vientisus ir periferinius. Periferinius baltymus galima pašalinti iš membranos, jos nesunaikinant. Yra keturi membraninių baltymų tipai: transportavimo baltymai, fermentai, receptoriai ir struktūriniai baltymai. Kai kurie membraniniai baltymai turi fermentinį aktyvumą, o kiti suriša tam tikras medžiagas ir palengvina jų perkėlimą į ląstelę. Baltymai suteikia kelis medžiagų judėjimo per membranas kelius: jie sudaro dideles poras, susidedančias iš kelių baltymų subvienetų, leidžiančių vandens molekulėms ir jonams judėti tarp ląstelių; sudaro jonų kanalus, skirtus tam tikrų rūšių jonų judėjimui per membraną tam tikromis sąlygomis. Struktūriniai baltymai yra susiję su vidiniu lipidų sluoksniu ir suteikia ląstelės citoskeletą. Citoskeletas suteikia ląstelės membranai mechaninį stiprumą. Įvairiose membranose baltymai sudaro nuo 20 iki 80% masės. Membraniniai baltymai gali laisvai judėti šoninėje plokštumoje.

Membranoje taip pat yra angliavandenių, kurie gali kovalentiškai prisijungti prie lipidų ar baltymų. Yra trys membraninių angliavandenių tipai: glikolipidai (gangliozidai), glikoproteinai ir proteoglikanai. Dauguma membraninių lipidų yra skystos būklės ir turi tam tikrą sklandumą, t.y. galimybė pereiti iš vienos srities į kitą. Membranos išorėje yra receptorių vietos, jungiančios įvairius hormonus. Kitos specifinės membranos sritys gali atpažinti ir surišti kai kuriuos baltymus, svetimus šioms ląstelėms, ir įvairius biologiškai aktyvius junginius.

Ląstelės vidinė erdvė užpildyta citoplazma, kurioje vyksta dauguma fermentų katalizuojamų ląstelių metabolizmo reakcijų. Citoplazmą sudaro du sluoksniai: vidinis, vadinamas endoplazma, ir periferinis, ektoplazma, kuri yra labai klampi ir neturi granulių. Visi ląstelės ar organelės komponentai yra citoplazmoje. Svarbiausios ląstelės organelės yra endoplazminis tinklas, ribosomos, mitochondrijos, Golgi aparatas, lizosomos, mikrofilai ir mikrotubuliai, peroksisomos.

Endoplazminis Tinklelis yra tarpusavyje sujungtų kanalų ir ertmių sistema, prasiskverbianti į visą citoplazmą. Jis užtikrina medžiagų transportavimą iš aplinkos ir ląstelių viduje. Endoplazminis tinklas taip pat tarnauja kaip tarpląstelinių Ca 2+ jonų sandėlis ir yra pagrindinė lipidų sintezės ląstelėje vieta.

Ribosomos - mikroskopinės sferinės dalelės, kurių skersmuo 10-25 nm. Ribosomos yra laisvai išdėstytos citoplazmoje arba pritvirtintos prie išorinio endoplazminio tinklelio ir branduolio membranos membranų paviršiaus. Jie sąveikauja su pasiuntiniu ir transportuoja RNR, o juose sintetinami baltymai. Jie sintezuoja baltymus, kurie patenka į cisternas ar Golgi aparatą, o po to išleidžiami į lauką. Ribosomos, laisvai esančios citoplazmoje, sintezuoja baltymus, kuriuos gali naudoti pati ląstelė, o ribosomos, susijusios su endoplazminiu tinklu, gamina baltymą, kuris pašalinamas iš ląstelės. Ribosomose sintetinami įvairūs funkciniai baltymai: baltymai nešėjai, fermentai, receptoriai, citoskeleto baltymai.

Goldžio kompleksas kurią sudaro kanalėlių, cisternų ir pūslelių sistema. Jis siejamas su endoplazminiu tinklu, o čia gautos biologiškai aktyvios medžiagos sutankintos formos laikomos sekrecinėse pūslelėse. Pastarieji nuolat atskiriami nuo Golgi aparato, pernešami į ląstelės membraną ir su ja sujungiami, o pūslelėse esančios medžiagos pašalinamos iš ląstelės egzocitozės metu.

Lizosomos - dalelės, apsuptos 0,25–0,8 mikrono dydžio membrana. Juose yra daug fermentų, dalyvaujančių skaidant baltymus, polisacharidus, riebalus, nukleorūgštis, bakterijas ir ląsteles.

Peroksisomos susidarę iš lygaus endoplazminio tinklelio, panašūs į lizosomas ir juose yra fermentų, kurie katalizuoja vandenilio peroksido, kuris suskaidomas veikiant peroksidazėms ir katalazei, skilimą.

Mitochondrijos yra išorinė ir vidinė membranos ir yra ląstelės „elektrinė“. Mitochondrijos yra apvalios arba pailgos struktūros su dviguba membrana. Vidinė membrana formuoja raukšles, išsikišusias į mitochondrijas - kristales. Jie sintezuoja ATP, oksiduoja Krebso ciklo substratus ir atlieka daugybę biocheminių reakcijų. ATP molekulės, susidariusios mitochondrijose, pasklinda į visas ląstelės dalis. Mitochondrijose yra nedidelis kiekis DNR, RNR, ribosomų, o joms dalyvaujant atsiranda naujų mitochondrijų atsinaujinimas ir sintezė.

Mikropluoštai yra ploni baltymų siūlai, susidedantys iš miozino ir aktino, ir sudaro ląstelės susitraukiantį aparatą. Mikropluoštai dalyvauja formuojant ląstelių membranos raukšles ar iškyšas, taip pat judant įvairioms struktūroms ląstelėse.

Mikrotubuliai sudaro citoskeleto pagrindą ir užtikrina jo stiprumą. Citoskeletas suteikia ląstelėms būdingą išvaizdą ir formą, tarnauja kaip tarpląstelinių organelių ir įvairių kūnų tvirtinimo taškas. Nervų ląstelėse mikrotubulių ryšuliai dalyvauja medžiagų pernešime iš ląstelės kūno į aksonų galus. Jiems dalyvaujant, mitozinis velenas veikia ląstelių dalijimosi metu. Jie atlieka motorinių elementų vaidmenį eukariotuose ir žandikauliuose.

Šerdis yra pagrindinė ląstelės struktūra, dalyvauja paveldimų savybių perdavime ir baltymų sintezėje. Branduolį supa branduolinė membrana, kurioje yra daug branduolinių porų, per kurias keičiasi įvairios medžiagos tarp branduolio ir citoplazmos. Viduje yra branduolys. Nustatytas svarbus branduolio vaidmuo ribosomų RNR ir histono baltymų sintezėje. Likusioje branduolio dalyje yra chromatino, kurį sudaro DNR, RNR ir keletas specifinių baltymų.

Ląstelių membranos funkcijos

Ląstelių membranos vaidina svarbų vaidmenį reguliuojant ląstelių ir tarpląstelinį metabolizmą. Jie yra selektyviai pralaidūs. Jų specifinė struktūra leidžia atlikti barjerines, transporto ir reguliavimo funkcijas.

Barjerinė funkcija pasireiškia vandenyje ištirpusių junginių prasiskverbimo per membraną ribojimu. Membrana nepralaidi didelėms baltymų molekulėms ir organiniams anijonams.

Reguliavimo funkcija membraną sudaro tarpląstelinio metabolizmo reguliavimas, reaguojant į cheminį, biologinį ir mechaninį poveikį. Įvairūs poveikiai yra suvokiami specialių membraninių receptorių, o vėliau pasikeičia fermentų aktyvumas.

Transporto funkcija per biologines membranas galima atlikti pasyviai (difuzija, filtravimas, osmosas) arba naudojant aktyvų transportavimą.

Difuzija - dujų ar tirpios medžiagos judėjimas išilgai koncentracijos ir elektrocheminis gradientas... Difuzijos greitis priklauso nuo ląstelės membranos pralaidumo, taip pat nuo neįkrautų dalelių, elektros ir koncentracijos gradientaiįkrautoms dalelėms. Paprasta difuzija atsiranda per dvigubą lipidų sluoksnį arba per kanalus. Įkrautos dalelės juda pagal elektrocheminį gradientą, o neįkrautos dalelės juda pagal cheminį gradientą. Pavyzdžiui, deguonis, steroidiniai hormonai, karbamidas, alkoholis ir kt., Prasiskverbia per difuziją per membranos lipidinį sluoksnį. Per kanalus juda įvairūs jonai ir dalelės. Jonų kanalus sudaro baltymai ir jie yra suskirstyti į kontroliuojamus ir nekontroliuojamus kanalus. Priklausomai nuo selektyvumo, skiriami jonų atrankos lynai, leidžiantys praeiti tik vienam jonui, ir kanalai, kurie neturi selektyvumo. Kanalai turi burną ir selektyvų filtrą, o valdomi kanalai taip pat turi vartų mechanizmą.

Palengvinta difuzija - procesas, kurio metu medžiagos pernešamos per membraną naudojant specialius membraninius nešiklius. Tokiu būdu į ląstelę patenka aminorūgščių ir monosacharidų. Šio tipo transportas yra labai greitas.

Osmosas - vandens judėjimas per membraną iš tirpalo su mažesniu į tirpalą su didesniu osmosiniu slėgiu.

Aktyvus transportas - medžiagų transportavimas prieš koncentracijos gradientą naudojant transportavimo ATPazes (jonų siurblius). Šis perdavimas vyksta sunaudojant energiją.

Na + / K + -, Ca 2+ -ir H + siurbliai buvo daugiau ištirti. Siurbliai yra ant ląstelių membranų.

Aktyvaus transporto rūšis yra endocitozė ir egzocitozė.Šie mechanizmai perneša didesnes medžiagas (baltymus, polisacharidus, nukleorūgštis), kurių negalima pernešti kanalais. Šis pernešimas dažniau pasitaiko žarnyno, inkstų kanalėlių ir kraujagyslių endotelio epitelio ląstelėse.

At endocitozė, ląstelių membranos ląstelės viduje suformuoja invaginacijas, kurios, atsiskyrus, virsta pūslelėmis. Egzitozės metu pūslelės su turiniu perkeliamos į ląstelės membraną ir susilieja su ja, o pūslelių turinys patenka į tarpląstelinę aplinką.

Ląstelės membranos struktūra ir funkcija

Norint suprasti procesus, užtikrinančius elektros potencialo egzistavimą gyvose ląstelėse, visų pirma, būtina suprasti ląstelės membranos struktūrą ir jos savybes.

Šiuo metu labiausiai pripažintas skystos mozaikos membranos modelis, kurį 1972 m. Pasiūlė S. Singer ir G. Nicholson. Membranos pagrindas yra dvigubas fosfolipidų sluoksnis (dvisluoksnis), kurio hidrofobiniai molekulių fragmentai yra panardinti į membranos storio, o polinės hidrofilinės grupės yra nukreiptos į išorę. į supančią vandens aplinką (2 pav.).

Membraniniai baltymai yra lokalizuoti ant membranos paviršiaus arba gali būti įterpti skirtingame gylyje į hidrofobinę zoną. Kai kurie baltymai prasiskverbia į membraną, o abiejose ląstelės membranos pusėse yra skirtingų to paties baltymo hidrofilinių grupių. Plazmos membranoje esantys baltymai atlieka labai svarbų vaidmenį: jie dalyvauja formuojant jonų kanalus, atlieka membraninių siurblių ir įvairių medžiagų nešėjų vaidmenį, taip pat gali atlikti receptorių funkciją.

Pagrindinės ląstelės membranos funkcijos: barjeras, transportas, reguliavimas, katalizinis.

Barjerinė funkcija yra apriboti vandenyje tirpių junginių difuziją per membraną, o tai būtina ląstelėms apsaugoti nuo svetimų, toksiškų medžiagų ir palaikyti santykinai pastovų įvairių medžiagų kiekį ląstelių viduje. Taigi ląstelių membrana gali sulėtinti įvairių medžiagų sklaidą 100 000–10 000 000 kartų.

Ryžiai. 2. Singerio-Nicholsono membranos skystos mozaikos modelio trimatė schema

Pavaizduoti rutuliniai vientisi baltymai, įterpti į dvigubą lipidų sluoksnį. Kai kurie baltymai yra jonų kanalai, kituose (glikoproteinuose) yra oligosacharidų šoninių grandinių, dalyvaujančių atpažįstant vienas kitą ir tarpląstelinį audinį. Cholesterolio molekulės yra arti fosfolipidų galvučių ir fiksuoja gretimas „uodegų“ vietas. Vidinės fosfolipidų molekulės uodegos dalys nevaržomos ir yra atsakingos už membranos sklandumą (Bretscher, 1985).

Membranoje yra kanalų, per kuriuos prasiskverbia jonai. Kanalai yra potencialiai priklausomi ir potencialiai nepriklausomi. Galimi uždaryti kanalai atidaryti, kai pasikeičia galimas skirtumas, ir nepriklausomas nuo potencialo(reguliuojamas hormonų) atsidaro, kai receptoriai sąveikauja su medžiagomis. Kanalus galima atidaryti arba uždaryti vartų dėka. Membranoje yra dviejų tipų vartai: aktyvinimas(giliai kanale) ir inaktyvuojantis(ant kanalo paviršiaus). Vartai gali būti vienos iš trijų būsenų:

  • atvira būsena (abiejų tipų vartai yra atviri);
  • uždara būsena (aktyvinimo vartai uždaryti);
  • inaktyvavimo būsena (inaktyvavimo vartai uždaryti).

Kitas būdingas membranų bruožas yra galimybė selektyviai perduoti neorganinius jonus, maistines medžiagas ir įvairius medžiagų apykaitos produktus. Atskirkite pasyvaus ir aktyvaus medžiagų perdavimo (transportavimo) sistemas. Pasyvus transportavimas atliekamas jonų kanalais su baltymų nešikliu arba be jo, ir jo varomoji jėga yra jonų elektrocheminio potencialo skirtumas tarp tarpląstelinės ir tarpląstelinės erdvės. Jonų kanalų selektyvumą lemia jo geometriniai parametrai ir cheminė prigimtis grupės, išklijusios kanalo sienas ir jo burną.

Šiuo metu labiausiai ištirti kanalai yra tie, kurių selektyvus pralaidumas Na +, K +, Ca 2+ jonams, taip pat vandeniui (vadinamieji akvaporinai). Įvairių tyrimų duomenimis, jonų kanalų skersmuo yra 0,5-0,7 nm. Kanalų pralaidumas gali skirtis, per vieną jonų kanalą gali praeiti 10 7 - 10 8 jonų per sekundę.

Aktyvus transportavimas vyksta sunaudojant energiją ir jį vykdo vadinamieji jonų siurbliai. Jonų siurbliai yra molekulinės baltymų struktūros, įmontuotos į membraną ir perduodančios jonus į didesnį elektrocheminį potencialą.

Siurbliai maitinami ATP hidrolizės energija. Šiuo metu Na + / K + - ATPazė, Ca 2+ - ATPazė, H + - ATPazė, H + / K + - ATPazė, Mg 2+ - ATPazė yra gerai ištirti, o tai užtikrina Na +, K +, Ca judėjimą 2+ jonai, atitinkamai. H +, Mg 2+ izoliuoti arba konjuguoti (Na + ir K +; H + ir K +). Aktyvaus transporto molekulinis mechanizmas nėra visiškai suprantamas.

Visi gyvi organizmai Žemėje susideda iš ląstelių, o kiekvieną ląstelę supa apsauginis apvalkalas - membrana. Tačiau membranos funkcijos neapsiriboja organelių apsauga ir vienos ląstelės atskyrimu nuo kitos. Ląstelės membrana yra sudėtingas mechanizmas, tiesiogiai susijęs su reprodukcija, regeneracija, mityba, kvėpavimu ir daugeliu kitų svarbių ląstelės funkcijų.

Terminas „ląstelių membrana“ egzistuoja beveik šimtmetį. Pats žodis „membrana“ išvertus iš lotynų kalbos reiškia „filmas“. Tačiau ląstelių membranos atveju būtų teisingiau kalbėti apie tam tikru būdu sujungtų dviejų plėvelių rinkinį, be to, skirtingos šių plėvelių pusės turi skirtingas savybes.

Ląstelių membrana (citolemma, plazmalemma) yra trijų sluoksnių lipoproteinų (riebalų-baltymų) membrana, kuri atskiria kiekvieną ląstelę nuo kaimyninių ląstelių ir aplinkos bei vykdo kontroliuojamą keitimąsi tarp ląstelių ir aplinkos.

Šiame apibrėžime lemiamą reikšmę turi ne tai, kad ląstelės membrana atskiria vieną ląstelę nuo kitos, bet tai užtikrina jos sąveiką su kitomis ląstelėmis ir aplinka. Membrana yra labai aktyvi, nuolat veikianti ląstelės struktūra, kuriai gamta priskiria daug funkcijų. Iš mūsų straipsnio sužinosite viską apie ląstelės membranos sudėtį, struktūrą, savybes ir funkcijas, taip pat apie pavojų, kurį ląstelių membranų veikimo pažeidimai kelia žmonių sveikatai.

Ląstelių membranų tyrimų istorija

1925 m. Du vokiečių mokslininkai Gorteris ir Grendelis sugebėjo atlikti sudėtingą žmogaus kraujo raudonųjų kraujo kūnelių - eritrocitų - eksperimentą. Pasitelkę osmosinį šoką, tyrėjai gavo vadinamuosius „šešėlius“ - tuščius raudonųjų kraujo kūnelių lukštus, tada sudėjo juos į vieną krūvą ir išmatavo paviršiaus plotą. Kitas žingsnis buvo apskaičiuoti lipidų kiekį ląstelių membranoje. Acetono pagalba mokslininkai išskyrė lipidus nuo „šešėlių“ ir nustatė, kad jų pakanka dvigubam ištisiniam sluoksniui.

Tačiau eksperimento metu buvo padarytos dvi grubios klaidos:

    Naudojant acetoną neleidžiama išskirti absoliučiai visų lipidų iš membranų;

    „Šešėlių“ paviršiaus plotas buvo apskaičiuotas pagal sausą svorį, kuris taip pat yra neteisingas.

Kadangi pirmoji klaida skaičiavimuose davė minusą, o antroji - pliusą, bendras rezultatas pasirodė stebėtinai tikslus, o vokiečių mokslininkai į mokslo pasaulį atnešė svarbiausią atradimą - ląstelių membranos lipidinį dvisluoksnį sluoksnį.

1935 m. Kita tyrėjų pora Danielle ir Dawson po ilgų eksperimentų su bilipidinėmis plėvelėmis priėjo prie išvados apie baltymų buvimą ląstelių membranose. Nebuvo kito būdo paaiškinti, kodėl šių plėvelių paviršiaus įtempimas yra toks didelis. Mokslininkai visuomenei pristatė schematinį ląstelių membranos modelį, panašų į sumuštinį, kuriame vienalytės lipidų-baltymų sluoksniai atlieka duonos riekelių vaidmenį, o tarp jų, o ne sviestas, yra tuštuma.

1950 m., Naudojant pirmąjį elektroninį mikroskopą, Danielle -Dawson teorija buvo iš dalies patvirtinta - du sluoksniai, susidedantys iš lipidų ir baltymų galvų, buvo aiškiai matomi ląstelių membranos mikrografijose, o tarp jų - skaidri erdvė, užpildyta tik lipidų uodegomis ir baltymai.

1960 m., Vadovaudamasis šiais duomenimis, amerikiečių mikrobiologas J. Robertsonas sukūrė trijų sluoksnių ląstelių membranų struktūros teoriją, kuri ilgą laiką buvo laikoma vienintele teisinga. Tačiau tobulėjant mokslui vis daugiau abejonių kilo dėl šių sluoksnių homogeniškumo. Termodinamikos požiūriu tokia struktūra yra itin nepalanki - ląstelėms būtų labai sunku pernešti medžiagas į vidų ir iš jos per visą „sumuštinį“. Be to, įrodyta, kad skirtingų audinių ląstelių membranos turi skirtingą storį ir tvirtinimo būdus, o tai lemia skirtingos organų funkcijos.

1972 metais mikrobiologai S.D. Dainininkas ir G.L. Nicholsonas sugebėjo paaiškinti visus Robertsono teorijos neatitikimus pasitelkdamas naują, skystos mozaikos ląstelių membranos modelį. Mokslininkai nustatė, kad membrana yra nevienalytė, asimetriška, užpildyta skysčiu, o jos ląstelės nuolat juda. Ir jį sudarantys baltymai turi skirtingą struktūrą ir paskirtį, be to, jie yra išdėstyti skirtingai, palyginti su membranos bilipidiniu sluoksniu.

Ląstelių membranų sudėtyje yra trijų tipų baltymų:

    Periferinis - pritvirtintas prie plėvelės paviršiaus;

    Pusiau integralus- iš dalies įsiskverbia į bilipidinį sluoksnį;

    Integralus - visiškai įsiskverbia į membraną.

Periferiniai baltymai yra susiję su membraninių lipidų galvutėmis per elektrostatinę sąveiką, ir jie niekada nesudaro ištisinio sluoksnio, kaip manyta anksčiau, o pusiau integralūs ir vientisi baltymai yra skirti deguoniui ir maistinėms medžiagoms pernešti į ląstelę, taip pat pašalinti irimą. produktų iš jo ir dar daugiau. dėl kelių svarbių funkcijų, apie kurias sužinosite toliau.



Ląstelių membrana atlieka sekančias funkcijas:

    Barjeras - membranos pralaidumas įvairių tipų molekulėms nėra vienodas. Kad praeitų ląstelės membrana, molekulė turi būti tam tikro dydžio, Cheminės savybės ir elektros krūvis. Kenksmingos ar netinkamos molekulės dėl ląstelės membranos barjerinės funkcijos tiesiog negali prasiskverbti į ląstelę. Pavyzdžiui, peroksinės reakcijos pagalba membrana apsaugo citoplazmą nuo jai pavojingų peroksidų;

    Transportas - pasyvūs, aktyvūs, reguliuojami ir selektyvūs mainai praeina per membraną. Pasyvus metabolizmas tinka riebaluose tirpioms medžiagoms ir dujoms, sudarytoms iš labai mažų molekulių. Tokios medžiagos įsiskverbia į ląstelę ir išeina iš jos be energijos, laisvai, difuzijos metodu. Aktyvi ląstelės membranos pernešimo funkcija įjungiama, kai to reikia, tačiau sunkiai transportuojamas medžiagas reikia pernešti į ląstelę arba iš jos. Pavyzdžiui, tie, kurių molekulinis dydis yra didelis arba dėl hidrofobiškumo negali kirsti bilipidinio sluoksnio. Tada pradeda veikti baltymų siurbliai, įskaitant ATPazę, kuri yra atsakinga už kalio jonų absorbciją į ląstelę ir natrio jonų pašalinimą iš jos. Reguliuojamas transportavimas yra būtinas sekrecijos ir fermentacijos funkcijoms, pavyzdžiui, kai ląstelės gamina ir išskiria hormonus ar skrandžio sultis. Visos šios medžiagos išeina iš ląstelių per specialius kanalus ir tam tikru tūriu. O selektyvaus transportavimo funkcija yra susijusi su labai integraliais baltymais, kurie prasiskverbia į membraną ir tarnauja kaip kanalas įeiti ir išeiti iš griežtai apibrėžtų tipų molekulių;

    Matrica - ląstelės membrana nustato ir fiksuoja organelių išdėstymą vienas kito atžvilgiu (branduolys, mitochondrijos, chloroplastai) ir reguliuoja jų sąveiką;

    Mechaninis - užtikrina vienos ląstelės atitraukimą nuo kitos, o kartu - teisingą ląstelių sujungimą į vienalytį audinį ir organų atsparumą deformacijai;

    Apsauginė - tiek augaluose, tiek gyvūnuose ląstelių membrana yra pagrindas kuriant apsauginį pagrindą. Pavyzdys yra kieta mediena, tanki oda, dygliuoti erškėčiai. Gyvūnų karalystėje taip pat yra daug ląstelių membranų apsauginės funkcijos pavyzdžių - vėžlio kiauto, chitininės membranos, kanopų ir ragų;

    Energija - fotosintezės ir ląstelinio kvėpavimo procesai būtų neįmanomi be ląstelių membranos baltymų dalyvavimo, nes būtent baltymų kanalų pagalba ląstelės keičiasi energija;

    Receptorius - į ląstelės membraną įterpti baltymai gali atlikti dar vieną svarbią funkciją. Jie tarnauja kaip receptoriai, per kuriuos ląstelė gauna signalą iš hormonų ir neuromediatorių. Ir tai, savo ruožtu, yra būtina nervų impulsų laidumui ir normaliai hormoninių procesų eigai;

    Fermentinis yra dar viena svarbi funkcija, būdinga kai kuriems ląstelių membranų baltymams. Pavyzdžiui, žarnyno epitelyje tokių baltymų pagalba sintetinami virškinimo fermentai;

    Biopotencialus- kalio jonų koncentracija ląstelės viduje yra daug didesnė nei išorėje, o natrio jonų - atvirkščiai - didesnė nei viduje. Tai paaiškina galimą skirtumą: ląstelės viduje krūvis yra neigiamas, išorėje jis yra teigiamas, o tai skatina medžiagų judėjimą į ląstelę ir į išorę esant bet kuriai iš trijų medžiagų apykaitos rūšių - fagocitozei, pinocitozei ir egzocitozei;

    Žymėjimas - ląstelių membranų paviršiuje yra vadinamosios „etiketės“ ​​- antigenai, susidedantys iš glikoproteinų (baltymai su šakotomis oligosacharido šoninėmis grandinėmis). Kadangi šoninės grandinės gali turėti labai įvairias konfigūracijas, kiekvienas ląstelių tipas gauna savo unikalią etiketę, kuri leidžia kitoms kūno ląstelėms atpažinti jas iš matymo ir teisingai į jas reaguoti. Štai kodėl, pavyzdžiui, žmogaus imuninės ląstelės, makrofagai, lengvai atpažįsta į organizmą patekusį nepažįstamąjį (infekciją, virusą) ir bando jį sunaikinti. Tas pats atsitinka su sergančiomis, mutavusiomis ir senomis ląstelėmis - pasikeičia jų ląstelių membranos etiketė ir kūnas jų atsikrato.

Ląstelių mainai vyksta per membranas ir gali būti atliekami naudojant tris pagrindines reakcijų rūšis:

    Fagocitozė yra ląstelinis procesas, kurio metu membranoje esančios fagocitų ląstelės fiksuoja ir virškina kietas maistinių medžiagų daleles. Žmogaus organizme fagocitozę atlieka dviejų tipų ląstelių membranos: granulocitai (granuliuoti leukocitai) ir makrofagai (imunitetą žudančios ląstelės);

    Pinocitozė - tai su juo besiliečiančių skystų molekulių ląstelių membranos paviršius. Norėdami maitintis pagal pinocitozės tipą, ląstelė auga ant savo membranos plonų purių ataugų sausgyslių pavidalu, kurios tarsi supa skysčio lašelį, ir gaunamas burbulas. Pirma, šis burbulas išsikiša virš membranos paviršiaus, o paskui „praryjamas“ - slepiasi ląstelės viduje, o jo sienos susilieja su vidiniu ląstelės membranos paviršiumi. Pinocitozė atsiranda beveik visose gyvose ląstelėse;

    Egzitozė yra atvirkštinis procesas, kurio metu ląstelės viduje susidaro burbuliukai su sekreciniu funkciniu skysčiu (fermentu, hormonu) ir jis turi būti kažkaip pašalintas iš ląstelės į aplinką. Tam burbulas pirmiausia susilieja su vidiniu ląstelės membranos paviršiumi, tada išsikiša į išorę, plyšta, išstumia turinį ir vėl susilieja su membranos paviršiumi, šį kartą iš išorės. Egzitozė vyksta, pavyzdžiui, žarnyno epitelio ir antinksčių žievės ląstelėse.

Ląstelių membranose yra trijų klasių lipidai:

    Fosfolipidai;

    Glikolipidai;

    Cholesterolio.

Fosfolipidai (riebalų ir fosforo derinys) ir glikolipidai (riebalų ir angliavandenių derinys) savo ruožtu susideda iš hidrofilinės galvutės, iš kurios tęsiasi dvi ilgos hidrofobinės uodegos. Tačiau cholesterolis kartais užima tarpą tarp šių dviejų uodegų ir neleidžia joms sulenkti, todėl kai kurių ląstelių membranos tampa standžios. Be to, cholesterolio molekulės sutvarko ląstelių membranų struktūrą ir neleidžia polinėms molekulėms pereiti iš vienos ląstelės į kitą.

Tačiau svarbiausias komponentas, kaip matote iš ankstesnio skyriaus apie ląstelių membranų funkcijas, yra baltymai. Jų sudėtis, paskirtis ir vieta yra labai įvairūs, tačiau juos visus vienija kažkas bendro: žiediniai lipidai visada yra aplink ląstelių membranų baltymus. Tai yra specialūs riebalai, kurie yra aiškiai struktūruoti, stabilūs, turi daugiau sočiųjų riebalų rūgščių ir išsiskiria iš membranų kartu su „remiamais“ baltymais. Tai yra tam tikras asmeninis baltymų apsauginis apvalkalas, be kurio jie tiesiog neveiks.

Ląstelės membranos struktūra yra trijų sluoksnių. Viduryje yra palyginti vienalytis skystas bilipidinis sluoksnis, o baltymai jį padengia iš abiejų pusių kaip mozaika, iš dalies prasiskverbianti į storį. Tai yra, būtų neteisinga manyti, kad išoriniai ląstelių membranų baltymų sluoksniai yra ištisiniai. Baltymai, be sudėtingų funkcijų, reikalingi membranoje, kad patektų į ląsteles ir iš jų gabentų tas medžiagas, kurios negali prasiskverbti į riebalų sluoksnį. Pavyzdžiui, kalio ir natrio jonai. Jiems suteikiamos specialios baltymų struktūros - jonų kanalai, kuriuos išsamiau aptarsime toliau.

Jei pažvelgsite į ląstelių membraną pro mikroskopą, galite pamatyti lipidų sluoksnį, kurį sudaro mažiausios sferinės molekulės, palei kurias plaukioja didelės baltymų ląstelės, kaip jūroje. skirtingų formų... Lygiai tos pačios membranos padalija kiekvienos ląstelės vidinę erdvę į skyrius, kuriuose patogiai yra branduolys, chloroplastai ir mitochondrijos. Jei ląstelės viduje nebūtų atskirų „kambarių“, organelės priliptų viena prie kitos ir negalėtų tinkamai atlikti savo funkcijų.

Ląstelė yra membranų struktūrizuotas ir ribojamas organelių rinkinys, dalyvaujantis energijos, medžiagų apykaitos, informacinių ir reprodukcinių procesų komplekse, užtikrinančiame gyvybinę organizmo veiklą.

Kaip matote iš šio apibrėžimo, membrana yra svarbiausias bet kurios ląstelės funkcinis komponentas. Jo reikšmė yra tokia pati kaip branduolio, mitochondrijų ir kitų ląstelių organelių reikšmė. Unikalias membranos savybes lemia jos struktūra: ji susideda iš dviejų plėvelių, specialiai sujungtų. Membranoje esančios fosfolipidų molekulės yra su hidrofilinėmis galvutėmis į išorę ir hidrofobinėmis uodegomis į vidų. Todėl viena plėvelės pusė sudrėkinama vandeniu, o kita - ne. Taigi, šios plėvelės yra sujungtos viena su kita, nesudrėkintomis pusėmis į vidų, sudarydamos bilipidinį sluoksnį, apsuptą baltymų molekulių. Tai yra pati „sumuštinė“ ląstelės membranos struktūra.

Ląstelių membranų joniniai kanalai

Leiskite mums išsamiau apsvarstyti jonų kanalų veikimo principą. Kam jie reikalingi? Faktas yra tas, kad tik riebaluose tirpios medžiagos gali laisvai prasiskverbti pro lipidų membraną - tai yra dujos, alkoholiai ir patys riebalai. Pavyzdžiui, raudonosiose kraujo ląstelėse nuolat keičiamasi deguonimi ir anglies dioksidu, todėl mūsų organizmui nereikia griebtis jokių papildomų gudrybių. Bet ką daryti, kai reikia per ląstelės membraną transportuoti vandeninius tirpalus, tokius kaip natrio ir kalio druskos?

Bilipidiniame sluoksnyje neįmanoma nutiesti kelio tokioms medžiagoms, nes skylės tuoj pat susiaurėtų ir vėl suliptų, tokia yra bet kurio riebalinio audinio struktūra. Tačiau gamta, kaip visada, rado išeitį iš situacijos ir sukūrė specialias baltymų transportavimo struktūras.

Yra du laidžių baltymų tipai:

    Konvejeriai - pusiau integruoti baltymų siurbliai;

    Kanalų formuotojai yra neatskiriami baltymai.

Pirmojo tipo baltymai iš dalies panardinami į ląstelės membranos bilipidinį sluoksnį ir žiūri į galvą, o esant reikiamai medžiagai, jie pradeda elgtis kaip siurblys: pritraukia molekulę ir čiulpia ją į ląstelę . Antrojo tipo, integralūs, baltymai yra pailgos formos ir yra statmenai ląstelės membranos bilipidiniam sluoksniui, prasiskverbdami pro jį. Per juos, kaip per tunelius, medžiagos, kurios negali praeiti per riebalus, juda į ląstelę ir iš jos išeina. Būtent per jonų kanalus kalio jonai prasiskverbia į ląstelę ir kaupiasi joje, o natrio jonai, priešingai, pašalinami iš išorės. Skiriasi elektros potencialas, kuris yra būtinas tinkamam visų mūsų kūno ląstelių funkcionavimui.

Svarbiausios išvados apie ląstelių membranų sandarą ir funkciją


Teorija visada atrodo įdomi ir perspektyvi, jei ją galima tinkamai panaudoti praktikoje. Žmogaus kūno ląstelių membranų sandaros ir funkcijų atradimas leido mokslininkams padaryti tikrą proveržį moksle apskritai, o ypač medicinoje. Neatsitiktinai taip išsamiai apsigyvenome jonų kanaluose, nes būtent čia slypi atsakymas į vieną svarbiausių mūsų laikų klausimų: kodėl žmonės vis dažniau serga onkologija?

Vėžys kasmet nusineša apie 17 milijonų gyvybių visame pasaulyje ir yra ketvirta pagal dažnumą visų mirčių priežastis. PSO duomenimis, sergamumas vėžiu nuolat didėja, o 2020 metų pabaigoje gali siekti 25 mln.

Kas paaiškina šią vėžio epidemiją ir ką su tuo turi bendra ląstelių membranų funkcija? Sakysite: priežastis yra bloga aplinkos padėtis, netinkama mityba, blogi įpročiai ir sunkus paveldimumas. Ir, žinoma, būsite teisus, tačiau jei apie problemą kalbėsime išsamiau, priežastis yra žmogaus kūno rūgštėjimas. Pirmiau minėti neigiami veiksniai sukelia ląstelių membranų sutrikimą, slopina kvėpavimą ir mitybą.

Ten, kur turėtų būti pliusas, susidaro minusas, o ląstelė negali normaliai veikti. Tačiau vėžio ląstelėms nereikia deguonies ar šarminės aplinkos - jos gali naudoti anaerobinę mitybą. Todėl esant deguonies badui ir esant ne pagal pH lygį sveikos ląstelės mutuoja, norėdamos prisitaikyti aplinka ir tapti vėžinėmis ląstelėmis. Taip žmogus suserga onkologija. Norėdami to išvengti, jums tereikia kasdien suvartoti pakankamą kiekį švaraus vandens ir atsisakyti kancerogenų maiste. Tačiau paprastai žmonės gerai žino kenksmingus produktus ir aukštos kokybės vandens poreikį ir nieko nedaro - tikisi, kad bėda juos aplenks.

Žinodami skirtingų ląstelių ląstelių membranų struktūros ir funkcijų ypatumus, gydytojai gali pasinaudoti šia informacija, kad suteiktų tikslinį, tikslinį terapinį poveikį organizmui. Daugelis modernių vaistus patekę į mūsų kūną, jie ieško tinkamo „taikinio“, kuris gali būti jonų kanalai, fermentai, receptoriai ir ląstelių membranų biomarkeriai. Šis gydymo metodas leidžia pasiekti geresnių rezultatų su minimaliu šalutiniu poveikiu.

Patekę į kraują, paskutinės kartos antibiotikai nežudo visų ląstelių iš eilės, bet ieško patogeno ląstelių, sutelkdami dėmesį į žymenis jo ląstelių membranose. Naujausi vaistai nuo migrenos, triptanai, sutraukia tik uždegusias smegenų kraujagysles, beveik neveikia širdies ir periferinės kraujotakos sistemos. Būtinus indus jie atpažįsta būtent iš savo ląstelių membranų baltymų. Tokių pavyzdžių yra daug, todėl galima drąsiai teigti, kad žinios apie ląstelių membranų struktūrą ir funkcijas yra šiuolaikinio medicinos mokslo raidos pagrindas ir kasmet išgelbėja milijonus gyvybių.


Išsilavinimas: Maskvos medicinos institutas. IM Sechenovas, specialybė - „Bendroji medicina“ 1991 m., 1993 m. „Profesinės ligos“, 1996 m. „Terapija“.