Publicitate pe portal

De ce se numește membrana unitatea structurală universală a celulei? Membrana celulară: structura și funcția sa. Funcțiile membranei exterioare a celulei

Scurta descriere:

Sazonov V.F. 1_1 Structura membranei celulare [Resursă electronică] // Kinesiologist, 2009-2018: [site]. Data actualizării: 06.02.2018 ..__. 201_). _Se descrie structura și funcționarea membranei celulare (sinonime: plasmalemă, plasmolemă, biomembrană, membrană celulară, membrană celulară exterioară, membrană celulară, membrană citoplasmatică). Aceste informații inițiale sunt necesare atât pentru citologie, cât și pentru înțelegerea proceselor de activitate nervoasă: excitație nervoasă, inhibiție, activitatea sinapselor și a receptorilor senzoriali.

Membrana celulară (plasmă A lemă sau plasmă O lema)

Definiția conceptului

Membrana celulară (sinonime: plasmalemă, plasmolemă, membrană citoplasmatică, biomembrană) este o membrană triplă lipoproteică (adică „grăsime-proteină”) care separă celula de mediul înconjurător și efectuează schimburi și comunicări controlate între celulă și mediul său.

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

Membrana biologică este un film bimolecular ultra subțire de fosfolipide incrustate cu proteine ​​și polizaharide. Această structură celulară stă la baza barierei, proprietăților mecanice și matricei unui organism viu (Antonov V.F., 1996).

Reprezentarea figurativă a membranei

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

Proprietățile membranei

1. Permeabilitate.

2. Semi-permeabilitate (permeabilitate parțială).

3. Permeabilitate selectivă (sinonim: selectiv).

4. Permeabilitate activă (sinonim: transport activ).

5. Permeabilitate controlată.

După cum puteți vedea, principala proprietate a membranei este permeabilitatea sa la diferite substanțe.

6. Fagocitoza și pinocitoza.

7. Exocitoza.

8. Prezența potențialelor electrice și chimice, mai precis, diferența de potențial între părțile interioare și exterioare ale membranei. La figurat putem spune asta "membrana transformă celula într-o" baterie electrică "prin controlul fluxurilor ionice"... Detalii: .

9. Modificări ale potențialului electric și chimic.

10. Iritabilitate. Receptorii moleculari speciali localizați pe membrană se pot lega de substanțe de semnalizare (control), în urma cărora se poate modifica starea membranei și a întregii celule. Receptorii moleculari declanșează reacții biochimice ca răspuns la combinația de liganzi (substanțe martor) cu aceștia. Este important de reținut că substanța de semnalizare acționează asupra receptorului din exterior, iar modificările continuă în interiorul celulei. Se pare că membrana a transmis informații din mediu în mediul intern al celulei.

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

12. Schimbarea formei suprafeței și a zonei acesteia. Acest lucru permite membranei să formeze excrescențe către exterior sau, dimpotrivă, invaginație în celulă.

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

14. Aderența este capacitatea de a adera la suprafețe solide.

O listă scurtă a proprietăților membranei

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

Funcțiile membranei

1. Izolarea incompletă a conținutului intern de mediul extern.

2. Principalul lucru în activitatea membranei celulare este schimb valutar variat substanțe între celulă și mediul intercelular. Acest lucru se datorează unei astfel de proprietăți a membranei ca permeabilitatea. În plus, membrana reglează acest schimb prin reglarea permeabilității sale.

3. O altă funcție importantă a membranei este crearea unei diferențe de potențial chimic și electric între laturile sale interioare și exterioare. Datorită acestui fapt, în interiorul celulei există un potențial electric negativ -.

4. Prin membrană se efectuează, de asemenea schimb de informatii între celulă și mediul său. Receptorii moleculari speciali localizați pe membrană se pot lega de substanțele de control (hormoni, mediatori, modulatori) și pot declanșa reacții biochimice în celulă, ducând la diferite modificări în funcționarea celulei sau în structurile sale.

Video:Structura membranei celulare

Lectură video:Detalii despre structura membranei și transportul

Structura membranei

Membrana celulară are o versatilitate cu trei straturi structura. Stratul său mediu de grăsime este continuu, iar straturile proteice superioare și inferioare îl acoperă sub forma unui mozaic de zone proteice separate. Stratul gras este baza care asigură izolarea celulei de mediu, izolând-o de mediu. În sine, pătrunde foarte puțin substanțele solubile în apă, dar le permite cu ușurință pe cele solubile în grăsimi. Prin urmare, permeabilitatea membranei pentru substanțele solubile în apă (de exemplu, ioni) trebuie să fie prevăzută cu structuri proteice speciale - și.

Mai jos sunt fotomicrografii ale membranelor celulare reale ale celulelor în contact, obținute cu ajutorul unui microscop electronic, precum și un desen schematic care prezintă membrana cu trei straturi și mozaicitatea straturilor sale de proteine. Pentru a mări imaginea, faceți clic pe ea.

Imagine separată a stratului interior de lipide (grăsimi) al membranei celulare, pătruns cu proteine ​​integrate înglobate. Straturile de proteine ​​de sus și de jos au fost eliminate pentru a nu interfera cu vizualizarea stratului lipidic

Figura de mai sus: reprezentare schematică incompletă a membranei celulare (peretele celular) așa cum se arată pe Wikipedia.

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

În această figură, micile globule albastre și albe corespund „capetelor” lipidice hidrofile (umectabile), iar „șirurile” atașate acestora corespund „cozilor” hidrofobe (neumectabile). Dintre proteine, sunt prezentate doar proteinele integrale de la capăt la capăt (globule roșii și spirale galbene). Punctele ovale galbene din interiorul membranei sunt molecule de colesterol. Lanțurile de margele galben-verzi din exteriorul membranei sunt lanțuri oligozaharidice care formează glicocalixul. Glicocalixul este ca un „puf” de carbohidrați („zahăr”) pe membrană format din molecule lungi de carbohidrați-proteine ​​care ies din ea.

Alive este o mică "pungă proteică-grasă" umplută cu un conținut semilichid de gelatină, care este pătruns cu filme și tuburi.

Pereții acestui sac sunt formați dintr-un film dublu de grăsime (lipide), acoperit cu proteine ​​din interior și din exterior - membrana celulară. Prin urmare, se spune că membrana are structură în trei straturi : proteină-grăsime-proteină... Există, de asemenea, multe membrane grase similare în interiorul celulei, care îi împart spațiul intern în compartimente. Organitele celulare sunt înconjurate de aceleași membrane: nucleu, mitocondrii, cloroplaste. Deci membrana este o structură moleculară universală inerentă tuturor celulelor și a tuturor organismelor vii.

În stânga nu este un model real, ci un model artificial al unei bucăți de membrană biologică: acesta este un instantaneu al stratului de fosfolipid gras (adică un strat dublu) în procesul de modelare a dinamicii sale moleculare. Este prezentată celula calculată a modelului - 96 molecule de PC ( f osfatidil NS olina) și 2304 molecule de apă, în total 20544 atomi.

În dreapta este un model vizual al unei singure molecule din acea lipidă, din care este asamblată bistratul lipidic membranar. În partea de sus are un cap hidrofil (iubitor de apă), iar în partea de jos sunt două cozi hidrofobe (frică de apă). Această lipidă are un nume simplu: 1-steroyl-2-docosahexaenoyl-Sn-glycero-3-phosphatidylcholine (18: 0/22: 6 (n-3) cis PC), dar nu trebuie să o memorați decât dacă intenționează să-l aduci pe profesorul tău cu profunzimea cunoștințelor tale.

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

Este limitat de o membrană activă, un sistem eterogen ordonat, structurat de biopolimeri care participă la un singur set de procese metabolice, energetice și informaționale și care efectuează, de asemenea, întreținerea și reproducerea întregului sistem ca întreg.

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

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

Din această definiție a unei membrane, rezultă că aceasta nu limitează doar celula, ci lucrează activ legându-l de mediul său.

Grăsimea care alcătuiește membranele este specială, astfel încât moleculele sale sunt numite de obicei nu doar grăsime, ci „Lipide”, „fosfolipide”, „sfingolipide”... Pelicula cu membrană este dublă, adică este formată din două pelicule aderente una la cealaltă. Prin urmare, în manuale scriu că baza membranei celulare constă din două straturi lipidice (sau din „ bistrat", adică un strat dublu). Pentru fiecare strat lipidic luat separat, o parte poate fi udată cu apă, iar cealaltă nu. Deci, aceste filme se lipesc una de cealaltă exact cu laturile lor care nu umezesc.

Membrana bacteriană

Membrana celulară procariotă a bacteriilor gram-negative constă din mai multe straturi, prezentate în figura de mai jos.
Straturi de acoperire de bacterii gram-negative:
1. Membrană citoplasmatică cu trei straturi interne, care este în contact cu citoplasma.
2. Peretele celular, care este compus din mureină.
3. Membrană citoplasmatică exterioară cu trei straturi, care are același sistem de lipide cu complexe proteice ca și membrana interioară.
Comunicarea celulelor bacteriene gram-negative cu lumea exterioară printr-o structură atât de complexă în trei etape nu le oferă un avantaj în supraviețuire în condiții dure comparativ cu bacteriile gram-pozitive, care au o membrană mai puțin puternică. Aceștia tolerează la fel de slab temperaturile ridicate, aciditatea și căderile de presiune.

Lectură video:Membrană plasmatică. E.V. Dr. Cheval

Lectură video:Membrana ca margine celular. A. Ilyaskin

Importanța canalelor ionice cu membrană

Este ușor de înțeles că numai substanțele liposolubile pot intra în celulă prin membrana grasă. Acestea sunt grăsimi, alcooli, gaze. De exemplu, în eritrocite, oxigenul și dioxidul de carbon trec cu ușurință în și direct prin membrană. Dar apa și substanțele solubile în apă (de exemplu, ionii) pur și simplu nu pot trece prin membrană în nicio celulă. Aceasta înseamnă că au nevoie de găuri speciale. Dar dacă pur și simplu faceți o gaură în filmul gras, atunci acesta va fi imediat tras înapoi. Ce sa fac? S-a găsit o ieșire în natură: este necesar să se facă structuri speciale de transport proteic și să se întindă prin membrană. Astfel se obțin canale pentru trecerea substanțelor insolubile în grăsimi - canale ionice ale membranei celulare.

Deci, pentru a conferi membranei sale proprietăți suplimentare de permeabilitate moleculelor polare (ioni și apă), celula sintetizează proteine ​​speciale în citoplasmă, care sunt apoi încorporate în membrană. Sunt de două tipuri: proteine ​​transportoare (de exemplu, ATPaze de transport) și proteine ​​care formează canale (producători de canale). Aceste proteine ​​sunt încorporate în stratul de grăsime dublu al membranei și formează structuri de transport sub formă de transportori sau sub formă de canale ionice. Diverse substanțe solubile în apă pot trece acum prin aceste structuri de transport, care altfel nu pot trece prin filmul cu membrană grasă.

În general, proteinele încorporate în membrană sunt, de asemenea, numite integral, tocmai pentru că par să fie incluse în compoziția membranei și să o pătrundă prin ea. Alte proteine, care nu sunt integrale, formează, ca să spunem așa, insule care „plutesc” de-a lungul suprafeței membranei: fie de-a lungul suprafeței sale exterioare, fie de-a lungul suprafeței sale interioare. La urma urmei, toată lumea știe că grăsimea este un lubrifiant bun și este ușor să alunecați pe ea!

concluzii

1. În general, membrana este în trei straturi:

1) stratul exterior al „insulelor” proteice,

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

3) stratul interior al „insulelor” proteice.

Dar există și un strat exterior liber - glicocalixul, care este format din glicoproteine ​​care ies din membrană. Sunt receptori moleculari cu care se leagă agenții de control de semnalizare.

2. Structuri proteice speciale sunt încorporate în membrană, asigurându-i permeabilitatea pentru ioni sau alte substanțe. Nu uitați că în unele locuri marea de grăsime este pătrunsă cu proteine ​​integrale. Și proteinele integrale sunt cele speciale structuri de transport membrana celulară (vezi secțiunea 1_2 Mecanisme de transport ale membranei). Prin ele, substanțele intră în celulă și sunt, de asemenea, îndepărtate din celulă spre exterior.

3. Pe ambele părți ale membranei (exterioare și interioare), precum și în interiorul membranei, pot fi localizate proteinele enzimatice, care afectează atât starea membranei în sine, cât și viața întregii celule.

Deci membrana celulară este o structură activă schimbătoare care funcționează activ în interesul întregii celule și o conectează cu lumea exterioară și nu este doar o „coajă de protecție”. Acesta este cel mai important lucru de știut despre membrana celulară.

În medicină, proteinele de membrană sunt adesea folosite ca ținte pentru medicamente. Receptorii acționează ca astfel de ținte, canale ionice, enzime, sisteme de transport. Recent, pe lângă membrană, o țintă pentru substanțe medicinale devin, de asemenea, gene ascunse în nucleul celular.

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

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

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

O membrană celulară este un film ultra subțire de pe suprafața unei celule sau a organului celular, constând dintr-un strat lipidic bimolecular cu proteine ​​încorporate și polizaharide.

Funcțiile membranei:

  • · Barieră - asigură un metabolism reglementat, selectiv, pasiv și activ cu mediul. De exemplu, membrana peroxizomului protejează citoplasma de peroxizii dăunători celulei. Permeabilitatea selectivă înseamnă că permeabilitatea membranei la diferiți atomi sau molecule depinde de mărimea lor, de sarcina electrică și de proprietățile chimice. Permeabilitatea selectivă asigură separarea celulei și a compartimentelor celulare de mediul înconjurător și le furnizează substanțele necesare.
  • · Transport - substanțele sunt transportate prin membrană în și în afara celulei. Transportul prin membrane asigură: livrarea de substanțe nutritive, îndepărtarea produselor metabolice finale, secreția diferitelor substanțe, crearea de gradienți ionici, menținerea pH-ului optim și a concentrației de ioni în celulă, care sunt necesare pentru funcționarea enzimelor celulare. Particule care, din orice motiv, nu sunt capabile să traverseze bistratul fosfolipidic (de exemplu, datorită proprietăților hidrofile, deoarece membrana din interior este hidrofobă și nu permite trecerea substanțelor hidrofile sau din cauza dimensiunii lor mari), dar necesare pentru celulă , poate pătrunde în membrană prin proteine ​​purtătoare speciale (transportoare) și proteine ​​canal sau prin endocitoză. Cu transportul pasiv, substanțele traversează stratul stratificat lipidic fără consum de energie de-a lungul gradientului de concentrație prin difuzie. O variantă a acestui mecanism este difuzarea facilitată, în care o moleculă specifică ajută o substanță să treacă prin membrană. Această moleculă poate avea un canal care permite trecerea unui singur tip de substanță. Transportul activ necesită consum de energie, deoarece are loc împotriva gradientului de concentrație. Există proteine ​​pompe speciale pe membrană, inclusiv ATPaza, care pompează activ ioni de potasiu (K +) în celulă și pompează ioni de sodiu (Na +) din ea.
  • Matricea - asigură un anumit aranjament și orientare reciprocă a proteinelor de membrană, interacțiunea optimă a acestora.
  • Mecanic - asigură autonomia celulei, a structurilor sale intracelulare, precum și conexiunea cu alte celule (în țesuturi). Pereții celulari joacă un rol important în asigurarea funcției mecanice și la animale, substanța intercelulară.
  • Energie - în timpul fotosintezei în cloroplaste și a respirației celulare în mitocondrii, sistemele de transfer de energie funcționează în membranele lor, în care sunt implicate și proteinele;
  • Receptor - unele proteine ​​din membrană sunt receptori (molecule prin care celula percepe anumite semnale). De exemplu, hormonii care circulă în sânge acționează numai asupra acelor celule țintă care au receptori corespunzători acestor hormoni. Neurotransmițători ( substanțe chimice asigurându-se că impulsuri nervoase) se leagă, de asemenea, de proteinele receptoare speciale ale celulelor țintă.
  • Enzimatic - proteinele de membrană sunt adesea enzime. De exemplu, membranele plasmatice ale celulelor epiteliale intestinale conțin enzime digestive.
  • · Implementarea generării și realizarea de biopotențiale. Cu ajutorul membranei, se menține o concentrație constantă de ioni în celulă: concentrația ionului K + în interiorul celulei este mult mai mare decât în ​​exterior, iar concentrația de Na + este mult mai mică, ceea ce este foarte important, deoarece acest lucru asigură menținerea diferenței de potențial pe membrană și generarea unui impuls nervos.
  • · Marcarea celulei - pe membrană există antigeni care acționează ca markeri - „etichete” care vă permit să identificați celula. Acestea sunt glicoproteine ​​(adică proteine ​​cu lanțuri laterale oligozaharidice ramificate atașate la ele) care joacă rolul de „antene”. Datorită multitudinii de configurații ale lanțului lateral, este posibil să se facă un marker specific pentru fiecare tip de celulă. Cu ajutorul markerilor, celulele pot recunoaște alte celule și pot acționa împreună cu ele, de exemplu, în timpul formării organelor și țesuturilor. Acest lucru permite, de asemenea, sistemului imunitar să recunoască antigenii străini.

Unele molecule de proteine ​​se difuzează liber în planul stratului lipidic; în starea normală, părți ale moleculelor de proteine ​​care ies din părțile opuse ale membranei celulare nu își schimbă poziția.

Morfologia specifică a membranelor celulare determină caracteristicile lor electrice, printre care cele mai importante sunt capacitatea și conductivitatea.

Proprietățile capacitive sunt determinate în principal de bistratul fosfolipidic, care este impermeabil la ioni hidrați și în același timp suficient de subțire (aproximativ 5 nm) pentru a asigura separarea și acumularea eficientă a sarcinilor și interacțiunea electrostatică a cationilor și anionilor. În plus, proprietățile capacitive ale membranelor celulare sunt unul dintre motivele care determină caracteristicile temporale ale proceselor electrice care au loc pe membranele celulare.

Conductivitatea (g) este reciprocă a rezistenței electrice și este egală cu raportul dintre curentul transmembranar total pentru un ion dat și valoarea care i-a cauzat diferența de potențial transmembranar.

Diferite substanțe se pot difuza prin bistratul fosfolipidic, iar gradul de permeabilitate (P), adică capacitatea membranei celulare de a trece aceste substanțe, depinde de diferența de concentrație a substanței difuzoare pe ambele părți ale membranei, solubilitatea sa în lipide și proprietățile membranei celulare. Viteza de difuzie pentru ionii încărcați într-un câmp constant în membrană este determinată de mobilitatea ionilor, grosimea membranei și distribuția ionilor în membrană. Pentru non-electroliți, permeabilitatea membranei nu afectează conductivitatea acesteia, deoarece non-electroliții nu poartă sarcini, adică nu pot transporta un curent electric.

Conductivitatea unei membrane este o măsură a permeabilității sale ionice. O creștere a conductivității indică o creștere a numărului de ioni care trec prin membrană.

O proprietate importantă a membranelor biologice este fluiditatea. Toate membranele celulare sunt structuri fluide mobile: majoritatea moleculelor lor lipidice și proteice constituente se pot mișca destul de repede în planul membranei

Membrana este o structură superfină care formează suprafețele organelor și celula în ansamblu. Toate membranele au o structură similară și sunt legate într-un singur sistem.

Compoziție chimică

Membranele celulare sunt omogene din punct de vedere chimic și constau din proteine ​​și lipide din diferite grupuri:

  • fosfolipide;
  • galactolipide;
  • sulfolipide.

Acestea includ, de asemenea acizi nucleici, polizaharide și alte substanțe.

Proprietăți fizice

La temperaturi normale, membranele se află într-o stare de cristal lichid și fluctuează constant. Vâscozitatea lor este apropiată de cea a uleiului vegetal.

Membrana este recuperabilă, durabilă, elastică și poroasă. Grosimea membranelor este de 7-14 nm.

TOP-4 articolecare au citit împreună cu aceasta

Membrana este impermeabilă pentru moleculele mari. Moleculele și ionii mici pot trece prin pori și membrana însăși sub influența diferențelor de concentrație pe diferite laturi ale membranei, precum și cu ajutorul proteinelor de transport.

Model

De obicei, structura membranelor este descrisă utilizând un model de mozaic fluid. Membrana are un cadru - două rânduri de molecule lipidice, strâns ca niște cărămizi adiacente una cu cealaltă.

Orez. 1. Membrană biologică de tip sandwich.

Pe ambele părți, suprafața lipidelor este acoperită cu proteine. Modelul mozaic este format din molecule proteice distribuite inegal pe suprafața membranei.

În funcție de gradul de imersie în stratul bilipidic, moleculele de proteine ​​sunt împărțite în trei grupe:

  • transmembranar;
  • scufundat;
  • superficial.

Proteinele oferă proprietatea principală a membranei - permeabilitatea sa selectivă la diferite substanțe.

Tipuri de membrane

Toate membranele celulare prin localizare pot fi împărțite în următoarele tipuri:

  • în aer liber;
  • nuclear;
  • membrane de organite.

Membrana citoplasmatică externă, sau plasmolemă, este marginea celulei. Conectându-se cu elementele citoscheletului, acesta își menține forma și dimensiunea.

Orez. 2. Citoschelet.

Membrana nucleară, sau cariolema, este granița conținutului nuclear. Este construit din două membrane, foarte asemănătoare cu cea exterioară. Membrana exterioară a nucleului este asociată cu membranele reticul endoplasmatic(EPS) și, prin pori, cu o membrană interioară.

Membranele EPS pătrund în întreaga citoplasmă, formând suprafețe pe care sunt sintetizate diferite substanțe, inclusiv proteine ​​de membrană.

Membranele organoide

Majoritatea organelor au o structură membranară.

Pereții sunt construiți dintr-o membrană:

  • complexul Golgi;
  • vacuole;
  • lizozomi.

Plastidele și mitocondriile sunt construite din două straturi de membrane. Membrana lor exterioară este netedă, în timp ce membrana interioară formează multe pliuri.

Particularitățile membranelor cloroplastice fotosintetice sunt molecule de clorofilă încorporate.

Celulele animale au un strat de carbohidrați pe suprafața membranei exterioare numit glicocalix.

Orez. 3. Glicocalix.

Cel mai dezvoltat glicocalix se află în celulele epiteliului intestinal, unde creează condiții pentru digestie și protejează plasmolema.

Tabelul "Structura membranei celulare"

Ce am învățat?

Am examinat structura și funcția membranei celulare. Membrana este o barieră selectivă (selectivă) a celulei, nucleului și organitelor. Structura membranei celulare este descrisă printr-un model mozaic lichid. Conform acestui model, moleculele de proteine ​​sunt încorporate într-un strat dublu de lipide vâscoase.

Testează după subiect

Evaluarea raportului

Rata medie: 4.5. Total evaluări primite: 100.

Celula- unitate structurală și funcțională de autoreglare a țesuturilor și organelor. Teoria celulară a structurii organelor și țesuturilor a fost dezvoltată de Schleiden și Schwann în 1839. Ulterior, folosind microscopia electronică și ultracentrifugarea, a fost posibil să se elucideze structura tuturor organelor principale ale celulelor animale și vegetale (Fig. 1).

Orez. 1. Schema structurii celulei organismelor animale

Principalele părți ale celulei sunt citoplasma și nucleul. Fiecare celulă este înconjurată de o membrană foarte subțire care îi limitează conținutul.

Membrana celulară se numește membrană plasmaticăși se caracterizează prin permeabilitate selectivă. Această proprietate permite nutrienți esențiali și elemente chimice pătrund în celulă și produsele în exces o părăsesc. Membrana plasmatică constă din două straturi de molecule lipidice cu includerea proteinelor specifice. Principalele lipide ale membranei sunt fosfolipidele. Acestea conțin fosfor, un cap polar și două cozi nepolare de acizi grași cu lanț lung. Lipidele din membrană includ colesterolul și esterii colesterolului. În conformitate cu modelul de structură lichid-mozaic, membranele conțin incluziuni de molecule de proteine ​​și lipide care se pot amesteca în raport cu bistratul. Fiecare tip de membrană a oricărei celule animale se caracterizează prin propria compoziție lipidică relativ constantă.

Structural, proteinele de membrană sunt împărțite în două tipuri: integrale și periferice. Proteinele periferice pot fi îndepărtate din membrană fără a o distruge. Există patru tipuri de proteine ​​de membrană: proteine ​​de transport, enzime, receptori și proteine ​​structurale. Unele proteine ​​de membrană au activitate enzimatică, în timp ce altele leagă anumite substanțe și facilitează transferul lor în celulă. Proteinele oferă mai multe căi pentru mișcarea substanțelor peste membrane: formează pori mari, constând din mai multe subunități proteice, care permit moleculelor de apă și ionilor să se deplaseze între celule; formează canale ionice specializate pentru mișcarea anumitor specii de ioni peste membrană în anumite condiții. Proteinele structurale sunt asociate cu stratul lipidic interior și asigură citoscheletul celulei. Citoscheletul conferă rezistență mecanică membranei celulare. În diferite membrane, proteinele reprezintă 20 până la 80% din masă. Proteinele de membrană se pot deplasa liber în plan lateral.

Membrana conține, de asemenea, carbohidrați, care se pot lega covalent de lipide sau proteine. Există trei tipuri de carbohidrați de membrană: glicolipide (gangliozide), glicoproteine ​​și proteoglicani. Majoritatea lipidelor membranei sunt în stare lichidă și au o anumită fluiditate, adică capacitatea de a vă deplasa dintr-o zonă în alta. La exteriorul membranei există site-uri de receptori care leagă diverși hormoni. Alte regiuni membranare specifice pot recunoaște și lega unele proteine ​​străine de aceste celule și o varietate de compuși biologic activi.

Spațiul interior al celulei este umplut cu citoplasmă, în care au loc majoritatea reacțiilor metabolismului celular catalizate de enzime. Citoplasma este formată din două straturi: unul intern, numit endoplasm, și unul periferic - ectoplasmă, care are o vâscozitate ridicată și este lipsită de granule. Toate componentele unei celule sau organite sunt localizate în citoplasmă. Cele mai importante organite ale celulei sunt reticulul endoplasmatic, ribozomii, mitocondriile, aparatul Golgi, lizozomii, microfilamentele și microtubulii, peroxizomii.

Reticul endoplasmatic este un sistem de canale interconectate și cavități care pătrund în întregul citoplasmă. Asigură transportul substanțelor din mediu și din interiorul celulelor. Reticulul endoplasmatic servește și ca depozit pentru ionii intracelulari de Ca 2+ și servește ca situs principal pentru sinteza lipidelor în celulă.

Ribozomi - particule sferice microscopice cu diametrul de 10-25 nm. Ribozomii sunt localizați liber în citoplasmă sau atașați la suprafața exterioară a membranelor reticulului endoplasmatic și a membranei nucleare. Acestea interacționează cu ARN-ul de mesagerie și de transport, iar proteinele sunt sintetizate în ele. Acestea sintetizează proteine ​​care intră în cisterne sau în aparatul Golgi și apoi sunt eliberate în exterior. Ribozomii, localizați liber în citoplasmă, sintetizează proteina pentru a fi utilizată chiar de celulă, iar ribozomii asociați cu reticulul endoplasmatic produc proteine ​​care sunt îndepărtate din celulă. Diferite proteine ​​funcționale sunt sintetizate în ribozomi: proteine ​​purtătoare, enzime, receptori, proteine ​​citoscheletice.

aparate Golgi format dintr-un sistem de tubuli, cisterne și vezicule. Este asociat cu reticulul endoplasmatic, iar substanțele biologic active primite aici sunt depozitate într-o formă compactată în vezicule secretoare. Acestea din urmă sunt separate în mod constant de aparatul Golgi, transportate la membrana celulară și combinate cu aceasta, iar substanțele conținute în vezicule sunt îndepărtate din celulă în timpul exocitozei.

Lizozomi - particule înconjurate de o membrană cu dimensiunea de 0,25-0,8 microni. Acestea conțin numeroase enzime implicate în descompunerea proteinelor, polizaharidelor, grăsimilor, acizilor nucleici, bacteriilor și celulelor.

Peroxisomii formate dintr-un reticul endoplasmatic neted, seamănă cu lizozomii și conțin enzime care catalizează descompunerea peroxidului de hidrogen, care este defalcat sub influența peroxidazelor și catalazei.

Mitocondriile conțin membrane exterioare și interioare și sunt „centrala electrică” a celulei. Mitocondriile sunt structuri rotunde sau alungite cu membrană dublă. Membrana interioară formează falduri proeminente în mitocondrii - criste. Acestea sintetizează ATP, oxidează substraturile ciclului Krebs și efectuează multe reacții biochimice. Moleculele ATP formate în mitocondrii se difuzează în toate părțile celulei. Mitocondriile conțin o cantitate mică de ADN, ARN, ribozomi și, cu participarea lor, are loc reînnoirea și sinteza noilor mitocondrii.

Microfilamente sunt filamente proteice subțiri, constând din miozină și actină, și formează aparatul contractil al celulei. Microfilamentele sunt implicate în formarea pliurilor sau proeminențelor membranei celulare, precum și în mișcarea diferitelor structuri din interiorul celulelor.

Microtubuli formează baza citoscheletului și îi asigură rezistența. Citoscheletul conferă celulelor un aspect și o formă caracteristice, servește ca punct de atașare pentru organitele intracelulare și diferiți corpuri. În celulele nervoase, mănunchiurile de microtubuli sunt implicate în transportul substanțelor din corpul celulei până la capetele axonilor. Cu participarea lor, funcționarea fusului mitotic se realizează în timpul diviziunii celulare. Aceștia joacă rolul elementelor motorii în vilozități și flageli în eucariote.

Miezul este structura de bază a celulei, este implicată în transmiterea trăsăturilor ereditare și în sinteza proteinelor. Nucleul este înconjurat de o membrană nucleară care conține mulți pori nucleari prin care se schimbă diferite substanțe între nucleu și citoplasmă. Există un nucleol în interiorul său. A fost stabilit rolul important al nucleolului în sinteza proteinelor ARN ribozomale și histone. Restul nucleului conține cromatină, care constă din ADN, ARN și o serie de proteine ​​specifice.

Funcțiile membranei celulare

Membranele celulare joacă un rol important în reglarea metabolismului intracelular și intercelular. Sunt permeabile selectiv. Structura lor specifică face posibilă asigurarea funcțiilor de barieră, transport și reglementare.

Funcția de barieră se manifestă prin limitarea pătrunderii compușilor dizolvați în apă prin membrană. Membrana este impermeabilă la molecule mari de proteine ​​și anioni organici.

Funcția de reglementare membrana constă în reglarea metabolismului intracelular ca răspuns la influențele chimice, biologice și mecanice. Diverse influențe sunt percepute de receptorii speciali ai membranei, cu o schimbare ulterioară a activității enzimelor.

Funcția de transport prin membrane biologice se poate efectua pasiv (difuzie, filtrare, osmoza) sau folosind transportul activ.

Difuzare - deplasarea unui gaz sau a unei substanțe solubile de-a lungul concentrației și gradient electrochimic... Rata de difuzie depinde de permeabilitatea membranei celulare, precum și de gradientul de concentrație pentru particulele neîncărcate, electrice și gradienți de concentrație pentru particulele încărcate. Difuzie simplă apare prin bistratul lipidic sau prin canale. Particulele încărcate se mișcă în funcție de un gradient electrochimic, în timp ce particulele neîncărcate se mișcă în funcție de un gradient chimic. De exemplu, oxigenul, hormonii steroizi, ureea, alcoolul etc., pătrund prin simplă difuzie prin stratul lipidic al membranei. Diversi ioni și particule se mișcă prin canale. Canalele ionice sunt formate din proteine ​​și sunt împărțite în canale controlate și necontrolate. În funcție de selectivitate, se face distincția între cablurile selective de ioni care permit trecerea unui singur ion și canalele care nu au selectivitate. Canalele au o gură și un filtru selectiv, iar canalele controlate au și un mecanism de poartă.

Difuzie facilitată - un proces în care substanțele sunt transportate pe o membrană folosind proteine ​​purtătoare de membrană speciale. În acest fel, aminoacizii și monozaharidele pătrund în celulă. Acest tip de transport este foarte rapid.

Osmoza - mișcarea apei prin membrană de la o soluție cu o soluție mai mică la o soluție cu o presiune osmotică mai mare.

Transport activ - transportul substanțelor împotriva gradientului de concentrație folosind ATPaze de transport (pompe ionice). Acest transfer are loc cu cheltuirea energiei.

Pompele Na + / K +, Ca 2+ și H + au fost studiate într-o măsură mai mare. Pompele sunt amplasate pe membranele celulare.

Un fel de transport activ sunt endocitozași exocitoza. Aceste mecanisme transportă substanțe mai mari (proteine, polizaharide, acizi nucleici) care nu pot fi transportate prin canale. Acest transport este mai frecvent în celulele epiteliale ale intestinului, tubulilor renali și endoteliului vascular.

La endocitoză, membranele celulare formează invaginații în celulă, care se detașează și se transformă în vezicule. În timpul exocitozei, veziculele cu conținutul lor sunt transferate în membrana celulară și se unesc cu aceasta, iar conținutul veziculelor este eliberat în mediul extracelular.

Structura și funcția membranei celulare

Pentru a înțelege procesele care asigură existența potențialelor electrice în celulele vii, în primul rând, este necesar să înțelegem structura membranei celulare și proprietățile acesteia.

În prezent, cel mai recunoscut este modelul de membrană lichid-mozaic propus de S. Singer și G. Nicholson în 1972. Membrana se bazează pe un strat dublu de fosfolipide (bilayer), ale căror fragmente hidrofobe ale moleculelor sunt scufundate în grosimea membranei, iar grupurile polare hidrofile sunt orientate spre exterior, cele. în mediul acvatic înconjurător (Fig. 2).

Proteinele de membrană sunt localizate pe suprafața membranei sau pot fi încorporate la diferite adâncimi în zona hidrofobă. Unele proteine ​​pătrund în membrană și diferite grupuri hidrofile ale aceleiași proteine ​​se găsesc pe ambele părți ale membranei celulare. Proteinele găsite în membrana plasmatică joacă un rol foarte important: participă la formarea canalelor ionice, joacă rolul pompelor cu membrană și al purtătorilor diferitelor substanțe și pot îndeplini, de asemenea, o funcție de receptor.

Funcțiile principale ale membranei celulare: barieră, transport, reglare, catalitică.

Funcția de barieră este de a restricționa difuzia compușilor solubili în apă prin membrană, care este necesară pentru a proteja celulele de substanțe străine, toxice și pentru a menține un conținut relativ constant de diverse substanțe în interiorul celulelor. Astfel, membrana celulară poate încetini difuzia diferitelor substanțe de 100.000-10.000.000 de ori.

Orez. 2. Schema tridimensională a modelului mozaic lichid al membranei Singer-Nicholson

Sunt prezentate proteine ​​globale globulare încorporate într-un strat strat lipidic. Unele proteine ​​sunt canale ionice, altele (glicoproteine) conțin lanțuri laterale oligozaharidice implicate în recunoașterea celulelor reciproce și în țesutul intercelular. Moleculele de colesterol sunt strâns adiacente capetelor fosfolipidice și fixează zonele adiacente ale „cozilor”. Părțile interioare ale cozilor moleculei de fosfolipide nu sunt limitate în mișcare și sunt responsabile de fluiditatea membranei (Bretscher, 1985)

Membrana conține canale prin care pătrund ionii. Canalele sunt potențial dependente și potențial independente. Canale potențiale închise deschis când diferența de potențial se schimbă și independent de potențial(reglate hormonal) se deschid atunci când receptorii interacționează cu substanțe. Canalele pot fi deschise sau închise datorită porții. Două tipuri de porți sunt încorporate în membrană: activare(adânc în canal) și inactivând(pe suprafața canalului). Poarta poate fi în una din cele trei stări:

  • stare deschisă (ambele tipuri de porți sunt deschise);
  • stare închisă (poarta de activare este închisă);
  • starea de inactivare (poarta de inactivare închisă).

O altă trăsătură caracteristică a membranelor este capacitatea de a efectua transferul selectiv de ioni anorganici, nutrienți și diferiți produși metabolici. Distingeți între sistemele de transfer (transport) pasiv și activ de substanțe. Pasiv transportul se efectuează prin canale ionice cu sau fără ajutorul proteinelor purtătoare și a acestuia forta motrice este diferența potențialului electrochimic al ionilor între spațiul intra și extracelular. Selectivitatea canalelor ionice este determinată de parametrii săi geometrici și natura chimică grupuri care căptușesc pereții canalului și gura acestuia.

În prezent, cele mai bune canale studiate sunt cele cu permeabilitate selectivă pentru ionii Na +, K +, Ca 2+, precum și pentru apă (așa-numitele aquaporine). Diametrul canalelor ionice, conform diferitelor studii, este de 0,5-0,7 nm. Debitul canalelor poate varia, 10 7 - 10 8 ioni pe secundă pot trece printr-un canal ionic.

Activ transportul are loc cu cheltuirea energiei și este efectuat de așa-numitele pompe ionice. Pompele de ioni sunt structuri proteice moleculare încorporate în membrană și care transferă ioni către un potențial electrochimic mai mare.

Pompele sunt alimentate de energia hidrolizei ATP. În prezent, Na + / K + - ATPaza, Ca 2+ - ATPaza, H + - ATPaza, H + / K + - ATPaza, Mg 2+ - ATPaza sunt bine studiate, care asigură mișcarea Na +, K +, Ca 2+ ioni, respectiv., H +, Mg 2+ izolați sau conjugați (Na + și K +; H + și K +). Mecanismul molecular al transportului activ nu este pe deplin înțeles.

Toate organismele vii de pe Pământ sunt compuse din celule și fiecare celulă este înconjurată de o coajă de protecție - o membrană. Cu toate acestea, funcțiile membranei nu se limitează la protejarea organelor și separarea unei celule de alta. Membrana celulară este un mecanism complex care este direct implicat în reproducere, regenerare, nutriție, respirație și multe alte funcții importante ale celulei.

Termenul de „membrană celulară” există de aproape un secol. Cuvântul „membrană” în traducere din latină înseamnă „film”. Dar, în cazul unei membrane celulare, ar fi mai corect să vorbim despre un set de două filme conectate într-un anumit mod și, în plus, părțile diferite ale acestor filme au proprietăți diferite.

Membrana celulară (citolemă, plasmalemă) este o membrană cu trei straturi de lipoproteine ​​(proteine-grăsime) care separă fiecare celulă de celulele vecine și mediul înconjurător și efectuează schimburi controlate între celule și mediu.

O importanță decisivă în această definiție nu este că membrana celulară separă o celulă de alta, ci că asigură interacțiunea sa cu alte celule și mediul înconjurător. Membrana este o structură a celulei foarte activă, care funcționează constant, pe care multe funcții sunt atribuite de natură. Din articolul nostru veți afla totul despre compoziția, structura, proprietățile și funcțiile membranei celulare, precum și despre pericolul pe care îl reprezintă încălcarea funcționării membranelor celulare pentru sănătatea umană.

Istoria cercetării membranei celulare

În 1925, doi oameni de știință germani, Gorter și Grendel, au reușit să efectueze un experiment complex asupra globulelor roșii din sânge uman, eritrocite. Cu ajutorul unui șoc osmotic, cercetătorii au obținut așa-numitele „umbre” - cochilii goale de celule roșii din sânge, apoi le-au pus într-o grămadă și au măsurat suprafața. Următorul pas a fost calcularea cantității de lipide din membrana celulară. Cu ajutorul acetonei, oamenii de știință au izolat lipidele din „umbre” și au stabilit că acestea sunt suficient pentru un strat dublu continuu.

Cu toate acestea, în timpul experimentului, au fost făcute două greșeli grave:

    Utilizarea acetonei nu permite izolarea absolut a tuturor lipidelor din membrane;

    Suprafața „umbrelor” a fost calculată pe baza greutății uscate, ceea ce este, de asemenea, incorect.

Întrucât prima eroare a dat un minus în calcule, iar a doua - un plus, rezultatul general s-a dovedit a fi surprinzător de precis, iar oamenii de știință germani au adus cea mai importantă descoperire în lumea științifică - bistratul lipidic al membranei celulare.

În 1935, o altă pereche de cercetători, Danielle și Dawson, după lungi experimente pe filme bilipidice, au ajuns la concluzia despre prezența proteinelor în membranele celulare. Nu a existat o altă modalitate de a explica de ce aceste filme au o tensiune superficială atât de mare. Oamenii de știință au prezentat publicului un model schematic al unei membrane celulare, similar cu un sandwich, în care straturile omogene de lipide-proteine ​​joacă rolul feliilor de pâine, iar între ele, în loc de unt, există un gol.

În 1950, cu ajutorul primului microscop electronic, teoria lui Danielle-Dawson a fost parțial confirmată - două straturi formate din capete de lipide și proteine ​​erau clar vizibile pe micrografiile membranei celulare și între ele un spațiu transparent umplut doar cu cozi de lipide și proteine.

În 1960, ghidat de aceste date, microbiologul american J. Robertson a dezvoltat teoria structurii în trei straturi a membranelor celulare, care pentru o lungă perioadă de timp a fost considerată singura corectă. Cu toate acestea, pe măsură ce știința s-a dezvoltat, au apărut din ce în ce mai multe îndoieli cu privire la omogenitatea acestor straturi. Din punct de vedere al termodinamicii, o astfel de structură este extrem de dezavantajoasă - ar fi foarte dificil pentru celule să transporte substanțe în și în afară prin întregul „sandwich”. În plus, s-a dovedit că membranele celulare ale diferitelor țesuturi au grosimi și metode diferite de atașare, care se datorează funcțiilor diferite ale organelor.

În 1972, microbiologii S.D. Singer și G.L. Nicholson a fost capabil să explice toate inconsecvențele din teoria lui Robertson cu ajutorul unui model nou, fluid-mozaic al membranei celulare. Oamenii de știință au descoperit că membrana este eterogenă, asimetrică, plină de fluid, iar celulele sale sunt în continuă mișcare. Iar proteinele care o compun au o structură și un scop diferit, în plus, sunt localizate în moduri diferite față de stratul bilipid al membranei.

Compoziția membranelor celulare conține proteine ​​de trei tipuri:

    Periferic - atașat la suprafața filmului;

    Semi-integrală- pătrund parțial în stratul bilipid;

    Integral - pătrunde complet în membrană.

Proteinele periferice sunt asociate cu capetele lipidelor membranare prin interacțiune electrostatică și nu formează niciodată un strat continuu, așa cum se credea anterior, în timp ce proteinele semi-integrale și integrale servesc la transportul oxigenului și nutrienților în interiorul celulei, precum și la îndepărtarea degradării. produse din acesta și multe altele pentru mai multe funcții importante, despre care veți afla mai departe.



Membrana celulară funcționează urmând funcții:

    Barieră - permeabilitatea membranei pentru diferite tipuri de molecule nu este aceeași. Pentru a trece membrana celulară, molecula trebuie să aibă o anumită dimensiune, Proprietăți chimiceși încărcare electrică. Moleculele dăunătoare sau nepotrivite, datorită funcției de barieră a membranei celulare, pur și simplu nu pot pătrunde în celulă. De exemplu, cu ajutorul reacției peroxice, membrana protejează citoplasma de peroxizii periculoși pentru aceasta;

    Transport - schimbul pasiv, activ, reglementat și selectiv trece prin membrană. Metabolismul pasiv este potrivit pentru substanțele liposolubile și gazele compuse din molecule foarte mici. Astfel de substanțe pătrund în și în afara celulei fără cheltuirea energiei, în mod liber, prin metoda de difuzie. Funcția de transport activ a membranei celulare este activată atunci când este necesar, dar substanțele dificil de transportat trebuie transportate în sau în afara celulei. De exemplu, cei cu o dimensiune moleculară mare sau care nu pot traversa stratul bilipid din cauza hidrofobicității. Apoi, proteinele-pompe încep să funcționeze, inclusiv ATPaza, care este responsabilă de absorbția ionilor de potasiu în celulă și de ejectarea ionilor de sodiu din aceasta. Transportul reglementat este necesar pentru funcțiile de secreție și fermentare, de exemplu, atunci când celulele produc și secretă hormoni sau suc gastric. Toate aceste substanțe părăsesc celulele prin canale speciale și într-un volum dat. Iar funcția de transport selectiv este asociată cu proteinele integrale care pătrund în membrană și servesc drept canal pentru intrarea și ieșirea tipurilor strict definite de molecule;

    Matricea - membrana celulară determină și fixează aranjamentul organelor unul față de celălalt (nucleu, mitocondrie, cloroplaste) și reglează interacțiunea dintre ele;

    Mecanic - asigură restricționarea unei celule de la alta și, în același timp, - conexiunea corectă a celulelor într-un țesut omogen și rezistența organelor la deformare;

    Protectiv - atât la plante, cât și la animale, membrana celulară servește ca bază pentru construirea unui cadru de protecție. Un exemplu este lemnul dur, pielea densă, spini spinoși. În regnul animal, există, de asemenea, multe exemple ale funcției de protecție a membranelor celulare - coajă de broască țestoasă, membrană chitinoasă, copite și coarne;

    Energie - procesele de fotosinteză și respirație celulară ar fi imposibile fără participarea proteinelor membranei celulare, deoarece celulele schimbă energia cu ajutorul canalelor proteice;

    Receptor - proteinele încorporate în membrana celulară pot avea o altă funcție importantă. Acestea servesc drept receptori prin care celula primește un semnal de la hormoni și neurotransmițători. Și acest lucru, la rândul său, este necesar pentru conducerea impulsurilor nervoase și cursul normal al proceselor hormonale;

    Enzimaticul este o altă funcție importantă inerentă unor proteine ​​ale membranelor celulare. De exemplu, în epiteliul intestinal cu ajutorul unor astfel de proteine, sunt sintetizate enzimele digestive;

    Biopotențial- concentrația ionilor de potasiu în interiorul celulei este mult mai mare decât în ​​exterior, iar concentrația ionilor de sodiu, dimpotrivă, este mai mare în exterior decât în ​​interior. Acest lucru explică diferența de potențial: în interiorul celulei sarcina este negativă, în afara acesteia este pozitivă, ceea ce promovează mișcarea substanțelor în celulă și spre exterior în oricare dintre cele trei tipuri de metabolism - fagocitoză, pinocitoză și exocitoză;

    Marcare - pe suprafața membranelor celulare există așa-numitele „etichete” - antigene formate din glicoproteine ​​(proteine ​​cu lanțuri laterale oligozaharidice ramificate atașate la ele). Deoarece lanțurile laterale pot avea o mare varietate de configurații, fiecare tip de celulă primește propria etichetă unică, care permite altor celule din corp să le recunoască prin vedere și să răspundă corect la ele. De aceea, de exemplu, celulele imune umane, macrofagele, recunosc cu ușurință un străin care a intrat în organism (infecție, virus) și încearcă să-l distrugă. Același lucru se întâmplă cu celulele bolnave, mutante și vechi - eticheta de pe membrana celulară se schimbă și corpul scapă de ele.

Schimbul celular are loc prin membrane și poate fi realizat folosind trei tipuri principale de reacții:

    Fagocitoza este un proces celular în care celulele fagocite încorporate în membrană captează și digeră particulele solide de nutrienți. În corpul uman, fagocitoza este efectuată de membranele a două tipuri de celule: granulocite (leucocite granulare) și macrofage (celule ucigătoare imune);

    Pinocitoza este procesul de captare de către suprafața membranei celulare a moleculelor lichide în contact cu aceasta. Pentru a se hrăni după tipul de pinocitoză, celula crește pe membrană excrescențe subțiri pufoase sub formă de șiruri, care, așa cum ar fi, înconjoară o picătură de lichid și se obține o bulă. În primul rând, această bulă iese deasupra suprafeței membranei și apoi „înghite” - se ascunde în interiorul celulei, iar pereții săi se îmbină cu suprafața interioară a membranei celulare. Pinocitoza apare în aproape toate celulele vii;

    Exocitoza este un proces invers în care se formează bule cu un fluid funcțional secretor (enzimă, hormon) în interiorul celulei și trebuie cumva îndepărtate din celulă în mediu. Pentru aceasta, bula se fuzionează mai întâi cu suprafața interioară a membranei celulare, apoi iese în afară, izbucnește, expulzează conținutul și din nou fuzionează cu suprafața membranei, de data aceasta din exterior. Exocitoza are loc, de exemplu, în celulele epiteliului intestinal și ale cortexului suprarenal.

Membranele celulare conțin lipide de trei clase:

    Fosfolipide;

    Glicolipide;

    Colesterol.

Fosfolipidele (o combinație de grăsimi și fosfor) și glicolipidele (o combinație de grăsimi și carbohidrați), la rândul lor, constau dintr-un cap hidrofil, din care se extind două cozi lungi hidrofobe. Dar colesterolul uneori ocupă spațiul dintre aceste două cozi și le împiedică să se îndoaie, ceea ce face ca membranele unor celule să fie rigide. În plus, moleculele de colesterol comandă structura membranelor celulare și împiedică trecerea moleculelor polare de la o celulă la alta.

Dar cea mai importantă componentă, așa cum puteți vedea din secțiunea anterioară privind funcțiile membranelor celulare, sunt proteinele. Compoziția, scopul și localizarea lor sunt foarte diverse, dar există ceva în comun care le unește pe toate: lipidele inelare sunt întotdeauna situate în jurul proteinelor membranelor celulare. Acestea sunt grăsimi speciale care sunt clar structurate, stabile, conțin mai mulți acizi grași saturați și sunt eliberate din membrane împreună cu proteinele „sponsorizate”. Acesta este un fel de coajă de protecție personală pentru proteine, fără de care pur și simplu nu ar funcționa.

Structura membranei celulare este în trei straturi. În mijloc se află un strat bilipid lichid relativ omogen, iar veverițele îl acoperă pe ambele părți ca un mozaic, pătrunzând parțial în grosime. Adică, ar fi greșit să credem că straturile externe de proteine ​​ale membranelor celulare sunt continue. Proteinele, pe lângă funcțiile lor complexe, sunt necesare în membrană pentru a trece în celule și a transporta din ele acele substanțe care nu sunt capabile să pătrundă în stratul de grăsime. De exemplu, ionii de potasiu și sodiu. Pentru ei, sunt furnizate structuri proteice speciale - canale ionice, pe care le vom discuta mai detaliat mai jos.

Dacă priviți membrana celulară printr-un microscop, puteți vedea un strat de lipide format din cele mai mici molecule sferice, de-a lungul cărora plutesc celule mari de proteine, ca în mare. diferite forme... Exact aceleași membrane împart spațiul interior al fiecărei celule în compartimente în care nucleul, cloroplastele și mitocondriile sunt situate confortabil. Dacă nu ar exista „camere” separate în interiorul celulei, organitele s-ar lipi unele de altele și nu ar putea să își îndeplinească corect funcțiile.

O celulă este un set de organite structurate și delimitate de membrane, care participă la un complex de procese energetice, metabolice, informaționale și reproductive care asigură activitatea vitală a organismului.

După cum puteți vedea din această definiție, membrana este cea mai importantă componentă funcțională a oricărei celule. Semnificația sa este la fel de mare ca și semnificația nucleului, mitocondriilor și a altor organite celulare. Iar proprietățile unice ale membranei se datorează structurii sale: constă din două filme, lipite între ele într-un mod special. Moleculele fosfolipidice din membrană sunt localizate cu capetele hidrofile spre exterior, iar cozile hidrofobe spre interior. Prin urmare, o parte a filmului este udată cu apă, în timp ce cealaltă nu. Deci, aceste filme sunt conectate între ele cu părți neumezite spre interior, formând un strat bilipid înconjurat de molecule de proteine. Aceasta este chiar structura „sandwich” a membranei celulare.

Canalele ionice ale membranelor celulare

Să luăm în considerare mai detaliat principiul funcționării canalelor ionice. Pentru ce sunt necesare? Faptul este că numai substanțele liposolubile pot pătrunde liber prin membrana lipidică - acestea sunt gaze, alcooli și grăsimi. De exemplu, oxigenul și dioxidul de carbon sunt schimbate în mod constant în celulele roșii din sânge și, pentru aceasta, corpul nostru nu trebuie să recurgă la trucuri suplimentare. Dar ce se întâmplă atunci când devine necesar să se transporte soluții apoase precum sărurile de sodiu și potasiu prin membrana celulară?

Ar fi imposibil să se deschidă o cale pentru astfel de substanțe în stratul bilipid, deoarece găurile s-ar strânge imediat și s-ar lipi la loc, astfel este structura oricărui țesut adipos. Dar natura, ca întotdeauna, a găsit o cale de ieșire din situație și a creat structuri speciale de transport proteic.

Există două tipuri de proteine ​​conductoare:

    Transportoare - pompe proteice semi-integrale;

    Formatorii de canale sunt proteine ​​integrale.

Proteinele de primul tip sunt parțial scufundate în stratul bilipid al membranei celulare și privesc cu capul, iar în prezența substanței necesare încep să se comporte ca o pompă: atrag molecula și o aspiră în celulă . Și proteinele de al doilea tip, integrale, au o formă alungită și sunt situate perpendicular pe stratul bilipid al membranei celulare, pătrunzând-o prin și prin. Pe ele, ca prin tuneluri, substanțele care nu pot trece prin grăsime se deplasează în și din celulă. Prin canalele ionice ionii de potasiu pătrund în celulă și se acumulează în ea, în timp ce ionii de sodiu, dimpotrivă, sunt eliminați în exterior. Există o diferență de potențial electric, care este atât de necesară pentru buna funcționare a tuturor celulelor din corpul nostru.

Cele mai importante concluzii despre structura și funcția membranelor celulare


O teorie pare întotdeauna interesantă și promițătoare dacă poate fi folosită în practică. Descoperirea structurii și funcțiilor membranelor celulare ale corpului uman a permis oamenilor de știință să facă o adevărată descoperire în știință în general și în medicină în special. Nu întâmplător ne-am așezat pe canalele ionice atât de detaliat, deoarece aici se află răspunsul la una dintre cele mai importante întrebări din timpul nostru: de ce oamenii se îmbolnăvesc tot mai mult de oncologie?

Cancerul are aproximativ 17 milioane de vieți în toată lumea în fiecare an și este a patra cauză cea mai frecventă a tuturor deceselor. Potrivit OMS, incidența cancerului crește constant și, până la sfârșitul anului 2020, poate ajunge la 25 de milioane pe an.

Ce explică această epidemie de cancer și ce legătură are funcția membranelor celulare? Veți spune: motivul este într-o situație de mediu proastă, alimentație necorespunzătoare, obiceiuri proaste și ereditate severă. Și, bineînțeles, veți avea dreptate, dar dacă vorbim despre problema mai detaliat, atunci motivul este acidificarea corpului uman. Factorii negativi de mai sus duc la întreruperea membranelor celulare, inhibă respirația și nutriția.

Acolo unde ar trebui să existe un plus, se formează un minus, iar celula nu poate funcționa normal. Dar celulele canceroase nu au nevoie nici de oxigen, nici de un mediu alcalin - sunt capabile să utilizeze un tip anaerob de nutriție. Prin urmare, în condiții de înfometare a oxigenului și de niveluri de pH în afara scalei, celulele sănătoase mută, dorind să se adapteze mediu inconjuratorși devin celule canceroase. Acesta este modul în care o persoană se îmbolnăvește de oncologie. Pentru a evita acest lucru, trebuie doar să consumați zilnic o cantitate suficientă de apă curată și să renunțați la agenții cancerigeni din alimente. Dar, de regulă, oamenii sunt conștienți de produsele dăunătoare și de necesitatea apei de înaltă calitate și nu fac nimic - speră că necazurile le vor ocoli.

Cunoscând caracteristicile structurii și funcțiilor membranelor celulare ale diferitelor celule, medicii pot folosi aceste informații pentru a oferi efecte terapeutice țintite și țintite asupra organismului. Mulți moderni medicamente intrând în corpul nostru, ei caută „ținta” potrivită, care pot fi canale ionice, enzime, receptori și biomarkeri ai membranelor celulare. Această metodă de tratament vă permite să obțineți rezultate mai bune cu efecte secundare minime.

Când intră în sânge, antibioticele din ultima generație nu ucid toate celulele la rând, dar caută celulele agentului patogen, concentrându-se asupra markerilor din membranele sale celulare. Cele mai noi medicamente anti-migrenă, triptanii, constrâng numai vasele de sânge inflamate ale creierului, cu aproape niciun efect asupra inimii și a sistemului circulator periferic. Și recunosc vasele necesare tocmai după proteinele membranelor celulare. Există multe astfel de exemple, deci este sigur să spunem că cunoștințele despre structura și funcțiile membranelor celulare stau la baza dezvoltării științei medicale moderne și salvează milioane de vieți în fiecare an.


Educaţie: Institutul Medical din Moscova. IM Sechenov, specialitatea - „Medicină generală” în 1991, în 1993 „Boli profesionale”, în 1996 „Terapie”.