Oglaševanje na portalu

Zakaj se membrana imenuje univerzalna strukturna enota celice? Celična membrana: njena zgradba in funkcija. Funkcije zunanje celične membrane

Kratek opis:

Sazonov V.F. 1_1 Struktura celične membrane [Elektronski vir] // Kineziolog, 2009-2018: [stran]. Datum posodobitve: 06.02.2018 ..__. 201_). _Opisano je zgradba in delovanje celične membrane (sinonimi: plazmalema, plazmolema, biomembrana, celična membrana, zunanja celična membrana, celična membrana, citoplazmatska membrana). Te začetne informacije so potrebne tako za citologijo kot za razumevanje procesov živčnega delovanja: živčnega vzbujanja, inhibicije, delovanja sinaps in senzoričnih receptorjev.

Celična membrana (plazma a lema ali plazma O lema)

Opredelitev pojma

Celična membrana (sinonimi: plazmalema, plazmolema, citoplazemska membrana, biomembrana) je trojna lipoproteinska (tj. »maščobno-beljakovinska«) membrana, ki loči celico od okolja ter izvaja nadzorovano izmenjavo in komunikacijo med celico in njenim okoljem.

Glavna stvar v tej definiciji ni, da membrana loči celico od okolja, ampak ravno to, da povezuje kletka z okoljem. Membrana je aktiven strukturo celice, nenehno deluje.

Biološka membrana je ultratanek bimolekularni film fosfolipidov, obložen z beljakovinami in polisaharidi. Ta celična struktura je osnova za pregradne, mehanske in matrične lastnosti živega organizma (Antonov V.F., 1996).

Figurativni prikaz membrane

Celična membrana se mi zdi kot rešetkasta ograja z veliko vrati, ki obdajajo določeno ozemlje. Vsako majhno živo bitje se lahko prosto premika naprej in nazaj skozi to ograjo. Toda večji obiskovalci lahko vstopijo le skozi vrata, pa še to ne vsi. Različni obiskovalci imajo ključe samo od svojih vrat in ne morejo skozi vrata drugih ljudi. Skozi to ograjo torej nenehno potekajo tokovi obiskovalcev sem ter tja, saj je glavna funkcija membranske ograje dvojna: ločiti ozemlje od okoliškega prostora in ga hkrati povezati z okoliškim prostorom. Za to je v ograji veliko lukenj in vrat - !

Lastnosti membrane

1. Prepustnost.

2. Polprepustnost (delna prepustnost).

3. Selektivna (sinonim: selektivna) prepustnost.

4. Aktivna prepustnost (sinonim: aktivni transport).

5. Nadzorovana prepustnost.

Kot lahko vidite, je glavna lastnost membrane njena prepustnost za različne snovi.

6. Fagocitoza in pinocitoza.

7. Eksocitoza.

8. Prisotnost električnih in kemičnih potencialov, natančneje, potencialne razlike med notranjo in zunanjo stranjo membrane. Slikovito lahko rečemo tako "membrana spremeni celico v" električno baterijo "z nadzorom ionskih tokov"... Podrobnosti: .

9. Spremembe električnega in kemičnega potenciala.

10. Razdražljivost. Posebni molekularni receptorji, ki se nahajajo na membrani, se lahko vežejo na signalne (kontrolne) snovi, zaradi česar se lahko spremeni stanje membrane in celotne celice. Molekularni receptorji sprožijo biokemične reakcije kot odgovor na kombinacijo ligandov (kontrolnih snovi) z njimi. Pomembno je omeniti, da signalna snov deluje na receptor od zunaj, spremembe pa se nadaljujejo znotraj celice. Izkazalo se je, da je membrana prenašala informacije iz okolja v notranje okolje celice.

11. Katalitična encimska aktivnost. Encimi so lahko vgrajeni v membrano ali povezani z njeno površino (tako znotraj kot zunaj celice) in tam izvajajo svojo encimsko aktivnost.

12. Spreminjanje oblike površine in njene površine. To omogoča, da membrana oblikuje izrastke navzven ali, nasprotno, invaginacijo v celico.

13. Sposobnost tvorjenja stikov z drugimi celičnimi membranami.

14. Adhezija je sposobnost oprijema trdnih površin.

Kratek seznam lastnosti membrane

  • Prepustnost.
  • Endocitoza, eksocitoza, transcitoza.
  • Potenciali.
  • Razdražljivost.
  • Encimska aktivnost.
  • Stiki.
  • Adhezija.

Funkcije membrane

1. Nepopolna izolacija notranje vsebine od zunanjega okolja.

2. Glavna stvar pri delu celične membrane je menjava različno snovi med celico in medceličnim okoljem. To je posledica takšne lastnosti membrane, kot je prepustnost. Poleg tega membrana uravnava to izmenjavo z uravnavanjem njene prepustnosti.

3. Druga pomembna funkcija membrane je ustvarjanje razlike v kemičnih in električnih potencialih med njegovo notranjo in zunanjo stranjo. Zaradi tega ima znotraj celice negativen električni potencial -.

4. Izvaja se tudi skozi membrano izmenjava informacij med celico in njenim okoljem. Posebni molekularni receptorji, ki se nahajajo na membrani, se lahko vežejo na kontrolne snovi (hormone, mediatorje, modulatorje) in sprožijo biokemične reakcije v celici, kar vodi do različnih sprememb v delovanju celice ali v njenih strukturah.

video:Struktura celične membrane

Video predavanje:Podrobnosti o strukturi membrane in transportu

Struktura membrane

Celična membrana je vsestranska troslojni strukturo. Njena srednja maščobna plast je neprekinjena, zgornja in spodnja beljakovinska plast pa jo prekrivata v obliki mozaika ločenih beljakovinskih območij. Maščobna plast je osnova, ki zagotavlja izolacijo celice od okolja in jo izolira od okolja. Sam po sebi zelo slabo prepušča vodotopne snovi, zlahka pa prepušča v maščobi topne snovi. Zato je treba membranski prepustnosti za vodotopne snovi (na primer ione) zagotoviti posebne proteinske strukture - in.

Spodaj so fotomikrografije pravih celičnih membran kontaktnih celic, pridobljene z elektronskim mikroskopom, pa tudi shematska risba, ki prikazuje trislojno membrano in mozaičnost njenih beljakovinskih plasti. Če želite povečati sliko, kliknite nanjo.

Ločena slika notranje lipidne (maščobne) plasti celične membrane, prežete z integralnimi vgrajenimi proteini. Zgornji in spodnji proteinski sloji so odstranjeni, da ne bi motili gledanja lipidnega dvosloja

Slika zgoraj: Nepopolna shematska predstavitev celične membrane (celične stene), kot je prikazano na Wikipediji.

Upoštevajte, da sta bili z membrane odstranjeni zunanji in notranji proteinski sloji, tako da lahko bolje vidimo osrednjo maščobno dvojno lipidno plast. V pravi celični membrani veliki beljakovinski "otoki" plavajo nad in spodaj vzdolž maščobnega filma (majhne kroglice na sliki), membrana pa se izkaže za debelejšo, troslojno: beljakovine-maščobe-beljakovine ... Tako je pravzaprav videti kot sendvič iz dveh beljakovinskih "rezin kruha" z debelo plastjo "masla" na sredini, t.j. ima troslojno strukturo, ne dvoslojno.

Na tej sliki majhne modro-bele kroglice ustrezajo hidrofilnim (močljivim) lipidnim "glavam", "strune", pritrjene nanje, pa hidrofobnim (ne mokrim) "repom". Od beljakovin so prikazani le integralni membranski proteini od konca do konca (rdeče kroglice in rumene spirale). Rumene ovalne pike znotraj membrane so molekule holesterola, rumeno-zelene verige kroglic na zunanji strani membrane pa so oligosaharidne verige, ki tvorijo glikokaliks. Glikokaliks je kot ogljikov hidrat ("sladkor") "puh" na membrani, ki ga tvorijo dolge molekule ogljikovih hidratov in beljakovin, ki štrlijo iz nje.

Alive je majhna "beljakovinsko-maščobna vrečka", napolnjena s poltekočo želejo podobno vsebino, ki je prežeta s filmi in cevkami.

Stene te vrečke tvori dvojni maščobni (lipidni) film, prekrit z beljakovinami od znotraj in zunaj - celična membrana. Zato naj bi membrana imela troslojna struktura : beljakovine-maščobe-beljakovine... V notranjosti celice je tudi veliko podobnih maščobnih membran, ki delijo njen notranji prostor na predelke. Celične organele so obdane z enakimi membranami: jedro, mitohondriji, kloroplasti. Membrana je torej univerzalna molekularna struktura, ki je lastna vsem celicam in vsem živim organizmom.

Na levi strani ni pravi, ampak umetni model koščka biološke membrane: to je posnetek dvosloja maščobnega fosfolipida (t.i. dvojne plasti) v procesu njegovega molekularnodinamičnega modeliranja. Prikazana je izračunana celica modela - 96 molekul PC ( f osfatidil NS olina) in 2304 molekule vode, skupaj 20544 atomov.

Na desni je vizualni model ene same molekule pravega lipida, iz katerega je sestavljen membranski lipidni dvosloj. Na vrhu ima hidrofilno (vodoljubno) glavo, na dnu pa dva hidrofobna (vode se bojita) repa. Ta lipid ima preprosto ime: 1-steroil-2-dokozaheksaenoil-Sn-glicero-3-fosfatidilholin (18: 0/22: 6 (n-3) cis PC), vendar si ga ni treba zapomniti, razen če načrtujte, da boste svojega učitelja z globino svojega znanja spravili v nesvest.

Natančnejšo znanstveno definicijo celice lahko podamo:

Je omejen z aktivno membrano, urejen, strukturiran heterogeni sistem biopolimerov, ki sodeluje v enem samem nizu presnovnih, energetskih in informacijskih procesov ter izvaja tudi vzdrževanje in reprodukcijo celotnega sistema kot celote.

Znotraj celice je tudi prežeta z membranami, med membranami pa ni voda, ampak viskozni gel/sol spremenljive gostote. Zato medsebojno delujoče molekule v celici ne lebdijo prosto, kot v epruveti z vodno raztopino, ampak v glavnem sedijo (imobilizirane) na polimernih strukturah citoskeleta ali znotrajceličnih membran. In zato kemične reakcije potekajo znotraj celice skoraj kot v trdni snovi in ​​ne v tekočini. Tudi zunanja membrana, ki obdaja celico, je prekrita z encimi in molekularnimi receptorji, zaradi česar je zelo aktiven del celice.

Celična membrana (plazmalema, plazmolema) je aktivna membrana, ki loči celico od okolja in jo povezuje z okoljem. © Sazonov V.F., 2016.

Iz te definicije membrane sledi, da ne omejuje le celice, ampak aktivno deluje povezovanje z okoljem.

Maščoba, iz katere so sestavljene membrane, je posebna, zato njene molekule običajno ne imenujemo le maščoba, ampak "Lipidi", "fosfolipidi", "sfingolipidi"... Membranska folija je dvojna, torej je sestavljena iz dveh filmov, pritrjenih drug na drugega. Zato v učbenikih pišejo, da osnovo celične membrane sestavljata dve lipidni plasti (oz. dvoslojni", torej dvojna plast). Za vsako posamezno vzeto lipidno plast lahko eno stran zmočimo z vodo, drugo pa ne. Torej se ti filmi prilepijo drug na drugega prav s svojimi nemoočnimi stranicami.

Membrana bakterij

Prokariontska celična membrana gram-negativnih bakterij je sestavljena iz več plasti, prikazanih na spodnji sliki.
Plasti prevleke gram-negativnih bakterij:
1. Notranja troslojna citoplazmatska membrana, ki je v stiku s citoplazmo.
2. Celična stena, ki jo sestavlja murein.
3. Zunanja troslojna citoplazmatska membrana, ki ima enak sistem lipidov z beljakovinskimi kompleksi kot notranja membrana.
Komunikacija gram-negativnih bakterijskih celic z zunanjim svetom preko tako zapletene tristopenjske strukture jim ne daje prednosti pri preživetju v težkih razmerah v primerjavi z gram-pozitivnimi bakterijami, ki imajo manj močno membrano. Prav tako slabo prenašajo visoke temperature, kislost in padce tlaka.

Video predavanje:Plazemska membrana. E.V. Cheval, dr.

Video predavanje:Membrana kot meja celice. A. Ilyaskin

Pomen membranskih ionskih kanalov

Preprosto je razumeti, da lahko skozi maščobno membrano v celico vstopijo samo v maščobi topne snovi. To so maščobe, alkoholi, plini. Na primer, v eritrocitih kisik in ogljikov dioksid zlahka prehajata in izstopata neposredno skozi membrano. Toda voda in vodotopne snovi (na primer ioni) preprosto ne morejo preiti skozi membrano v nobeno celico. To pomeni, da potrebujejo posebne luknje. Če pa samo naredite luknjo v maščobnem filmu, ga boste takoj potegnili nazaj. Kaj storiti? Najden je bil izhod v naravi: treba je narediti posebne transportne strukture beljakovin in jih raztegniti skozi membrano. Tako nastanejo kanali za prehod v maščobi netopnih snovi - ionski kanali celične membrane.

Torej, da bi svoji membrani dali dodatne lastnosti prepustnosti za polarne molekule (ione in vodo), celica sintetizira posebne beljakovine v citoplazmi, ki se nato vključijo v membrano. So dveh vrst: transportne beljakovine (na primer transportne ATPaze) in proteini, ki tvorijo kanale (ustvarjalci kanalov). Ti proteini so vgrajeni v dvojno maščobno plast membrane in tvorijo transportne strukture v obliki transporterjev ali v obliki ionskih kanalov. Skozi te transportne strukture lahko sedaj prehajajo različne v vodi topne snovi, ki sicer ne morejo skozi maščobno membrano.

Na splošno se beljakovine, vgrajene v membrano, imenujejo tudi integralni, prav zato, ker se zdi, da so vključeni v sestavo membrane in jo prodirajo skozi in skozi. Drugi proteini, ki niso integralni, tvorijo tako rekoč otoke, ki "plavajo" vzdolž površine membrane: bodisi vzdolž njene zunanje ali vzdolž njene notranje površine. Konec koncev, vsi vedo, da je maščoba dobro mazivo in po njej je enostavno zdrsniti!

sklepi

1. Na splošno je membrana troslojna:

1) zunanja plast beljakovinskih "otokov",

2) maščobno dvoslojno "morje" (lipidni dvosloj), t.j. dvojni lipidni film,

3) notranja plast beljakovinskih "otokov".

Obstaja pa tudi ohlapna zunanja plast - glikokaliks, ki jo tvorijo glikoproteini, ki štrlijo iz membrane. So molekularni receptorji, s katerimi se vežejo signalna sredstva.

2. V membrano so vgrajene posebne proteinske strukture, ki zagotavljajo njeno prepustnost za ione ali druge snovi. Ne pozabite, da je ponekod morje maščob skozi in skoz prežeto z integralnimi beljakovinami. In integralne beljakovine tvorijo posebno transportne strukture celična membrana (glejte poglavje 1_2 Mehanizmi membranskega transporta). Skozi njih snovi vstopijo v celico, iz celice pa se tudi odstranijo navzven.

3. Na obeh straneh membrane (zunanji in notranji), pa tudi znotraj membrane se lahko nahajajo encimski proteini, ki vplivajo tako na stanje same membrane kot na življenje celotne celice.

Torej je celična membrana aktivna spremenljiva struktura, ki aktivno deluje v interesu celotne celice in jo povezuje z zunanjim svetom, in ni le »zaščitna lupina«. To je najpomembnejše, kar morate vedeti o celični membrani.

V medicini se membranske beljakovine pogosto uporabljajo kot tarče za zdravila. Receptorji delujejo kot takšne tarče, ionskih kanalov, encimi, transportni sistemi. V zadnjem času je poleg membrane tarča za zdravilne snovi postanejo tudi geni, skriti v celičnem jedru.

video:Uvod v biofiziko celične membrane: Struktura membran 1 (Vladimirov Yu.A.)

video:Zgodovina, struktura in delovanje celične membrane: Struktura membrane 2 (Vladimirov Yu.A.)

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

Celična membrana je ultra tanka folija na površini celice ali celične organele, sestavljena iz bimolekularne lipidne plasti z vgrajenimi beljakovinami in polisaharidi.

Funkcije membrane:

  • · Pregrada – zagotavlja urejeno, selektivno, pasivno in aktivno presnovo z okoljem. Na primer, peroksisomska membrana ščiti citoplazmo pred peroksidi, ki so škodljivi za celico. Selektivna prepustnost pomeni, da je prepustnost membrane za različne atome ali molekule odvisna od njihove velikosti, električnega naboja in kemičnih lastnosti. Selektivna prepustnost zagotavlja ločitev celice in celičnih oddelkov od okolja ter jih oskrbuje s potrebnimi snovmi.
  • · Transport – snovi se prenašajo skozi membrano v celico in iz nje. Prevoz skozi membrane zagotavlja: dostavo hranil, odstranjevanje končnih produktov presnove, izločanje različnih snovi, ustvarjanje ionskih gradientov, vzdrževanje optimalnega pH in koncentracije ionov v celici, ki so nujni za delovanje celičnih encimov. Delci, ki iz kakršnega koli razloga ne morejo prečkati fosfolipidnega dvosloja (na primer zaradi hidrofilnih lastnosti, saj je membrana v notranjosti hidrofobna in ne dopušča prehajanja hidrofilnih snovi, ali zaradi njihove velike velikosti), vendar so potrebni za celico , lahko prodre skozi membrano preko posebnih nosilnih proteinov (transporterjev) in kanalnih proteinov ali z endocitozo. S pasivnim transportom snovi prehajajo lipidni dvosloj brez porabe energije vzdolž koncentracijskega gradienta z difuzijo. Različica tega mehanizma je olajšana difuzija, pri kateri posebna molekula pomaga snovi, da preide skozi membrano. Ta molekula ima lahko kanal, ki omogoča prehod le ene vrste snovi. Aktivni transport zahteva porabo energije, saj se pojavlja proti koncentracijskemu gradientu. Na membrani so posebne črpalne beljakovine, vključno z ATPazo, ki aktivno črpa kalijeve ione (K+) v celico in iz nje črpa natrijeve ione (Na+).
  • Matriks - zagotavlja določeno medsebojno razporeditev in orientacijo membranskih beljakovin, njihovo optimalno interakcijo.
  • Mehanski - zagotavlja avtonomijo celice, njenih znotrajceličnih struktur, pa tudi povezavo z drugimi celicami (v tkivih). Celične stene igrajo pomembno vlogo pri zagotavljanju mehanskih funkcij, pri živalih pa medcelične snovi.
  • Energija – pri fotosintezi v kloroplastih in celičnem dihanju v mitohondrijih v njihovih membranah delujejo sistemi za prenos energije, v katere sodelujejo tudi beljakovine;
  • Receptor – nekatere beljakovine v membrani so receptorji (molekule, preko katerih celica zaznava določene signale). Na primer, hormoni, ki krožijo v krvi, delujejo samo na ciljne celice, ki imajo receptorje, ki ustrezajo tem hormonom. nevrotransmiterji ( kemične snovi zagotavljanje tega živčni impulzi) se vežejo tudi na posebne receptorske proteine ​​ciljnih celic.
  • Encimski - membranski proteini so pogosto encimi. Na primer, plazemske membrane črevesnih epitelijskih celic vsebujejo prebavne encime.
  • · Izvajanje generiranja in izvajanja biopotencialov. S pomočjo membrane se v celici vzdržuje konstantna koncentracija ionov: koncentracija iona K + v celici je veliko višja kot zunaj, koncentracija Na + pa je veliko nižja, kar je zelo pomembno, saj to zagotavlja vzdrževanje potencialne razlike na membrani in generiranje živčnega impulza.
  • · Označevanje celic – na membrani so antigeni, ki delujejo kot markerji – »oznake«, ki omogočajo identifikacijo celice. To so glikoproteini (torej proteini z razvejanimi stranskimi verigami oligosaharidov), ki igrajo vlogo »antene«. Zaradi neštetih konfiguracij stranske verige je mogoče izdelati poseben marker za vsako vrsto celice. S pomočjo označevalcev lahko celice prepoznajo druge celice in z njimi delujejo usklajeno, na primer med nastajanjem organov in tkiv. Omogoča tudi, da imunski sistem prepozna tuje antigene.

Nekatere beljakovinske molekule prosto difundirajo v ravnini lipidne plasti; v normalnem stanju deli beljakovinskih molekul, ki izhajajo iz nasprotnih strani celične membrane, ne spremenijo svojega položaja.

Posebna morfologija celičnih membran določa njihove električne lastnosti, med katerimi sta najpomembnejša kapacitivnost in prevodnost.

Kapacitivne lastnosti določa predvsem fosfolipidni dvosloj, ki je neprepusten za hidratizirane ione in hkrati dovolj tanek (približno 5 nm), da zagotavlja učinkovito ločevanje in kopičenje nabojev ter elektrostatično interakcijo kationov in anionov. Poleg tega so kapacitivne lastnosti celičnih membran eden od razlogov, ki določajo časovne značilnosti električnih procesov, ki se pojavljajo na celičnih membranah.

Prevodnost (g) je recipročna vrednost električnega upora in je enaka razmerju celotnega transmembranskega toka za dani ion in vrednosti, ki je povzročila njegovo transmembransko potencialno razliko.

Različne snovi lahko difundirajo skozi fosfolipidni dvosloj, stopnja prepustnosti (P), torej sposobnost celične membrane, da te snovi prepušča, pa je odvisna od razlike v koncentraciji difuzijske snovi na obeh straneh membrane, njegova topnost v lipidih in lastnosti celične membrane. Hitrost difuzije nabitih ionov v konstantnem polju v membrani je določena z mobilnostjo ionov, debelino membrane in porazdelitvijo ionov v membrani. Pri neelektrolitih prepustnost membrane ne vpliva na njeno prevodnost, saj neelektroliti ne nosijo nabojev, torej ne morejo prenašati električnega toka.

Prevodnost membrane je merilo njene ionske prepustnosti. Povečanje prevodnosti kaže na povečanje števila ionov, ki prehajajo skozi membrano.

Pomembna lastnost bioloških membran je pretočnost. Vse celične membrane so mobilne tekoče strukture: večina njihovih sestavnih molekul lipidov in beljakovin se lahko dokaj hitro premika v ravnini membrane.

Membrana je superfina struktura, ki tvori površine organelov in celico kot celoto. Vse membrane imajo podobno strukturo in so povezane v en sistem.

Kemična sestava

Celične membrane so kemično homogene in so sestavljene iz beljakovin in lipidov različnih skupin:

  • fosfolipidi;
  • galaktolipidi;
  • sulfolipidi.

Vključujejo tudi nukleinska kislina, polisaharidi in druge snovi.

Fizične lastnosti

Pri normalnih temperaturah so membrane v stanju tekočih kristalov in nenehno nihajo. Njihova viskoznost je blizu viskoznosti rastlinskega olja.

Membrana je obnovitvena, vzdržljiva, elastična in porozna. Debelina membran je 7-14 nm.

TOP-4 člankiki berejo skupaj s tem

Membrana je neprepustna za velike molekule. Majhne molekule in ioni lahko prehajajo skozi pore in samo membrano pod vplivom koncentracijskih razlik na različnih straneh membrane, pa tudi s pomočjo transportnih beljakovin.

Model

Običajno je struktura membran opisana z modelom tekočega mozaika. Membrana ima ogrodje - dve vrsti lipidnih molekul, tesno podobnih opeki, ki mejijo ena na drugo.

riž. 1. Biološka membrana tipa sendvič.

Na obeh straneh je površina lipidov prekrita z beljakovinami. Mozaični vzorec tvorijo beljakovinske molekule, ki so neenakomerno razporejene po površini membrane.

Glede na stopnjo potopitve v bilipidno plast se beljakovinske molekule delijo na tri skupine:

  • transmembranski;
  • potopljen;
  • površno.

Beljakovine zagotavljajo glavno lastnost membrane - njeno selektivno prepustnost za različne snovi.

Vrste membran

Vse celične membrane po lokalizaciji lahko razdelimo na naslednje vrste:

  • na prostem;
  • jedrska;
  • membrane organelov.

Zunanja citoplazemska membrana ali plazmolema je meja celice. V povezavi z elementi citoskeleta ohranja svojo obliko in velikost.

riž. 2. Citoskelet.

Jedrska membrana ali kariolema je meja jedrske vsebine. Zgrajena je iz dveh membran, zelo podobnih zunanji. Zunanja membrana jedra je povezana z membranami Endoplazemski retikulum(EPS) in skozi pore z notranjo membrano.

EPS membrane prodrejo skozi celotno citoplazmo in tvorijo površine, na katerih se sintetizirajo različne snovi, vključno z membranskimi proteini.

Organoidne membrane

Večina organelov ima membransko strukturo.

Stene so zgrajene iz ene membrane:

  • Golgijev kompleks;
  • vakuole;
  • lizosomi.

Plastidi in mitohondriji so zgrajeni iz dveh plasti membran. Njihova zunanja membrana je gladka, notranja pa tvori številne gube.

Posebnosti fotosintetičnih membran kloroplasta so vgrajene molekule klorofila.

Živalske celice imajo na površini zunanje membrane plast ogljikovih hidratov, imenovano glikokaliks.

riž. 3. Glikokaliks.

Najbolj razvit glikokaliks je v celicah črevesnega epitelija, kjer ustvarja pogoje za prebavo in ščiti plazmolemo.

Tabela "Struktura celične membrane"

Kaj smo se naučili?

Preučili smo zgradbo in delovanje celične membrane. Membrana je selektivna (selektivna) pregrada celice, jedra in organelov. Strukturo celične membrane opisuje model tekočega mozaika. Po tem modelu so beljakovinske molekule vgrajene v dvojno plast viskoznih lipidov.

Test po temi

Ocena poročila

Povprečna ocena: 4.5. Skupno prejetih ocen: 100.

Celica- samoregulirajoča strukturna in funkcionalna enota tkiv in organov. Celično teorijo o zgradbi organov in tkiv sta razvila Schleiden in Schwann leta 1839. Kasneje je bilo z elektronsko mikroskopijo in ultracentrifugiranjem mogoče razjasniti zgradbo vseh glavnih organelov živalskih in rastlinskih celic (slika 1).

riž. 1. Shema zgradbe celice živalskih organizmov

Glavni deli celice so citoplazma in jedro. Vsaka celica je obdana z zelo tanko membrano, ki omejuje njeno vsebino.

Imenuje se celična membrana plazemska membrana in je značilna selektivna prepustnost. Ta lastnost omogoča bistvena hranila in kemični elementi prodrejo v celico, presežni produkti pa jo zapustijo. Plazemska membrana je sestavljena iz dveh plasti lipidnih molekul z vključitvijo specifičnih beljakovin. Glavni lipidi membrane so fosfolipidi. Vsebujejo fosfor, polarno glavo in dva nepolarna repa dolgoverižnih maščobnih kislin. Membranski lipidi vključujejo holesterol in estre holesterola. V skladu s tekočo-mozaičnim modelom strukture membrane vsebujejo vključke beljakovinskih in lipidnih molekul, ki se lahko mešajo glede na dvosloj. Za vsako vrsto membrane katere koli živalske celice je značilna lastna relativno konstantna lipidna sestava.

Strukturno so membranske beljakovine razdeljene na dve vrsti: integralne in periferne. Periferne beljakovine je mogoče odstraniti iz membrane, ne da bi jo uničili. Obstajajo štiri vrste membranskih beljakovin: transportni proteini, encimi, receptorji in strukturni proteini. Nekateri membranski proteini imajo encimsko aktivnost, drugi pa vežejo določene snovi in ​​olajšajo njihov prenos v celico. Beljakovine zagotavljajo več poti za premikanje snovi po membranah: tvorijo velike pore, sestavljene iz več proteinskih podenot, ki omogočajo gibanje molekul vode in ionov med celicami; tvorijo ionske kanale, specializirane za gibanje določenih vrst ionov čez membrano pod določenimi pogoji. Strukturni proteini so povezani z notranjo lipidno plastjo in zagotavljajo citoskelet celice. Citoskelet daje celični membrani mehansko trdnost. V različnih membranah predstavljajo beljakovine od 20 do 80 % mase. Membranski proteini se lahko prosto gibljejo v stranski ravnini.

Membrana vsebuje tudi ogljikove hidrate, ki se lahko kovalentno vežejo na lipide ali beljakovine. Obstajajo tri vrste membranskih ogljikovih hidratov: glikolipidi (gangliozidi), glikoproteini in proteoglikani. Večina membranskih lipidov je v tekočem stanju in ima določeno pretočnost, t.j. sposobnost premikanja iz enega območja v drugega. Na zunanji strani membrane so receptorska mesta, ki vežejo različne hormone. Druge specifične membranske regije lahko prepoznajo in vežejo nekatere beljakovine, ki so za te celice tuje, in različne biološko aktivne spojine.

Notranji prostor celice je napolnjen s citoplazmo, v kateri poteka večina reakcij celične presnove, ki jih katalizirajo encimi. Citoplazma je sestavljena iz dveh plasti: notranje, imenovane endoplazma, in periferne - ektoplazme, ki ima visoko viskoznost in je brez zrnc. Vse komponente celice ali organele se nahajajo v citoplazmi. Najpomembnejši med celičnimi organeli so endoplazmatski retikulum, ribosomi, mitohondriji, Golgijev aparat, lizosomi, mikrofilamenti in mikrotubule, peroksisomi.

Endoplazemski retikulum je sistem medsebojno povezanih kanalov in votlin, ki prežemajo celotno citoplazmo. Zagotavlja transport snovi iz okolja in znotraj celic. Endoplazmatski retikulum služi tudi kot depo za intracelularne ione Ca 2+ in služi kot glavno mesto za sintezo lipidov v celici.

ribosomi - mikroskopski sferični delci s premerom 10-25 nm. Ribosomi so prosto nameščeni v citoplazmi ali pritrjeni na zunanjo površino membran endoplazmatskega retikuluma in jedrske membrane. Vzajemno delujejo s prenosno in transportno RNA, v njih pa se sintetizirajo proteini. Sintetizirajo beljakovine, ki vstopijo v cisterne ali Golgijev aparat, nato pa se sprostijo zunaj. Ribosomi, ki se prosto nahajajo v citoplazmi, sintetizirajo beljakovine za uporabo v celici sami, ribosomi, povezani z endoplazmatskim retikulumom, pa proizvajajo beljakovine, ki se odstranijo iz celice. V ribosomih se sintetizirajo različni funkcionalni proteini: nosilni proteini, encimi, receptorji, proteini citoskeleta.

Golgijev aparat ki ga tvori sistem tubulov, cistern in veziklov. Povezan je z endoplazmatskim retikulumom, tu prejete biološko aktivne snovi pa so shranjene v strnjeni obliki v sekretornih mehurčkih. Slednji se ves čas ločijo od Golgijevega aparata, transportirajo do celične membrane in se z njo zlijejo, snovi, ki jih vsebujejo mehurčki, pa se med eksocitozo odstranijo iz celice.

lizosomi - delci, obdani z membrano velikosti 0,25-0,8 mikronov. Vsebujejo številne encime, ki sodelujejo pri razgradnji beljakovin, polisaharidov, maščob, nukleinskih kislin, bakterij in celic.

Peroksisomi tvorjeni iz gladkega endoplazmatskega retikuluma, spominjajo na lizosome in vsebujejo encime, ki katalizirajo razgradnjo vodikovega peroksida, ki se razgradi pod vplivom peroksidaz in katalaze.

Mitohondrije vsebujejo zunanjo in notranjo membrano in so "elektrarna" celice. Mitohondriji so okrogle ali podolgovate strukture z dvojno membrano. Notranja membrana tvori gube, ki štrlijo v mitohondrije - kristale. Sintetizirajo ATP, oksidirajo podlage Krebsovega cikla in izvajajo številne biokemične reakcije. Molekule ATP, ki nastanejo v mitohondrijih, difundirajo v vse dele celice. Mitohondriji vsebujejo majhno količino DNK, RNA, ribosomov in z njihovo udeležbo pride do obnove in sinteze novih mitohondrijev.

Mikrofilamenti so tanki proteinski filamenti, sestavljeni iz miozina in aktina, in tvorijo kontraktilni aparat celice. Mikrofilamenti sodelujejo pri tvorbi gub ali izrastkov celične membrane, pa tudi pri gibanju različnih struktur znotraj celic.

Mikrotubule tvorijo osnovo citoskeleta in zagotavljajo njegovo moč. Citoskelet daje celicam značilen videz in obliko, služi kot vezna točka za medcelične organele in različna telesa. V živčnih celicah so snopi mikrotubulov vključeni v transport snovi iz celičnega telesa do koncev aksonov. Z njihovo udeležbo se delovanje mitotičnega vretena izvaja med delitvijo celic. Pri evkariontih igrajo vlogo motoričnih elementov v resicah in flagelah.

Jedro je osnovna struktura celice, sodeluje pri prenosu dednih lastnosti in pri sintezi beljakovin. Jedro obdaja jedrna membrana, ki vsebuje številne jedrske pore, skozi katere se med jedrom in citoplazmo izmenjajo različne snovi. V njem je nukleol. Ugotovljena je pomembna vloga nukleola pri sintezi ribosomske RNK in histonskih proteinov. Preostali del jedra vsebuje kromatin, ki je sestavljen iz DNK, RNA in številnih specifičnih beljakovin.

Funkcije celične membrane

Celične membrane igrajo pomembno vlogo pri uravnavanju znotrajcelične in medcelične presnove. So selektivno prepustni. Njihova specifična struktura omogoča zagotavljanje pregradnih, transportnih in regulacijskih funkcij.

Funkcija pregrade se kaže v omejevanju prodiranja spojin, raztopljenih v vodi, skozi membrano. Membrana je neprepustna za velike beljakovinske molekule in organske anione.

Regulativna funkcija membrana je sestavljena iz uravnavanja znotrajceličnega metabolizma kot odziva na kemične, biološke in mehanske vplive. Različne vplive zaznavajo posebni membranski receptorji s kasnejšo spremembo aktivnosti encimov.

Transportna funkcija skozi biološke membrane se lahko izvaja pasivno (difuzija, filtracija, osmoza) ali z uporabo aktivni promet.

Difuzija - gibanje plina ali topne snovi vzdolž koncentracije in elektrokemijski gradient... Hitrost difuzije je odvisna od prepustnosti celične membrane, pa tudi od koncentracijskega gradienta za nabito delce, električne in koncentracijski gradienti za nabite delce. Enostavna difuzija poteka skozi lipidni dvosloj ali skozi kanale. Nabiti delci se gibljejo v skladu z elektrokemičnim gradientom, medtem ko se nenabiti delci gibljejo v skladu s kemičnim gradientom. Na primer kisik, steroidni hormoni, sečnina, alkohol itd., prodrejo s preprosto difuzijo skozi lipidno plast membrane. Skozi kanale se premikajo različni ioni in delci. Ionske kanale tvorijo proteini in so razdeljeni na nadzorovane in nenadzorovane kanale. Odvisno od selektivnosti ločimo med ionsko selektivnimi vrvmi, ki omogočajo prehod le enemu ionu, in kanali, ki nimajo selektivnosti. Kanali imajo ustje in selektivni filter, nadzorovani kanali pa imajo tudi zaporni mehanizem.

Olajšana difuzija - proces, pri katerem se snovi prenašajo skozi membrano s pomočjo posebnih membranskih nosilnih proteinov. Na ta način v celico vstopajo aminokisline in monosaharidi. Ta vrsta prevoza je zelo hitra.

Osmoza - gibanje vode skozi membrano iz raztopine z nižjim v raztopino z višjim osmotskim tlakom.

Aktivni transport - transport snovi proti koncentracijskemu gradientu s pomočjo transportnih ATPaz (ionske črpalke). Ta prenos poteka s porabo energije.

V večji meri so bile raziskane črpalke Na + / K + -, Ca 2+ - in H + -. Črpalke se nahajajo na celičnih membranah.

Nekakšen aktivni promet so endocitoza in eksocitoza. Ti mehanizmi prenašajo večje snovi (beljakovine, polisaharide, nukleinske kisline), ki jih ni mogoče prenašati po kanalih. Ta transport je pogostejši v epitelijskih celicah črevesja, ledvičnih tubulov in žilnega endotelija.

Ob endocitoze, celične membrane tvorijo v notranjosti celice invaginacije, ki se, ko se ločijo, spremenijo v vezikle. Med eksocitozo se vezikli s svojo vsebino prenesejo na celično membrano in se zlijejo z njo, vsebina veziklov pa se sprosti v zunajcelično okolje.

Struktura in funkcija celične membrane

Za razumevanje procesov, ki zagotavljajo obstoj električnih potencialov v živih celicah, je treba najprej razumeti strukturo celične membrane in njene lastnosti.

Trenutno je najbolj priznan model tekoče mozaične membrane, ki sta ga leta 1972 predlagala S. Singer in G. Nicholson. Membrana temelji na dvojni plasti fosfolipidov (dvosloj), katerih hidrofobni fragmenti molekul so potopljeni v debeline membrane, polarne hidrofilne skupine pa so usmerjene navzven, tiste. v okoliško vodno okolje (slika 2).

Membranski proteini so lokalizirani na površini membrane ali pa se lahko vnesejo na različne globine v hidrofobno cono. Nekatere beljakovine prodrejo v membrano in na obeh straneh celične membrane se nahajajo različne hidrofilne skupine istega proteina. Beljakovine, ki jih najdemo v plazemski membrani, imajo zelo pomembno vlogo: sodelujejo pri tvorbi ionskih kanalčkov, igrajo vlogo membranskih črpalk in prenašalcev različnih snovi, opravljajo pa lahko tudi receptorsko funkcijo.

Glavne funkcije celične membrane: pregradna, transportna, regulacijska, katalitična.

Pregradna funkcija je omejevanje difuzije vodotopnih spojin skozi membrano, kar je potrebno za zaščito celic pred tujimi, strupenimi snovmi in ohranjanje razmeroma konstantne vsebnosti različnih snovi v celicah. Tako lahko celična membrana upočasni difuzijo različnih snovi za 100.000-10.000.000 krat.

riž. 2. Tridimenzionalna shema tekoče-mozaičnega modela Singer-Nicholsonove membrane

Upodobljeni so globularni integralni proteini, vgrajeni v lipidni dvosloj. Nekateri proteini so ionski kanali, drugi (glikoproteini) vsebujejo oligosaharidne stranske verige, ki sodelujejo pri celičnem prepoznavanju drug drugega in v medceličnem tkivu. Molekule holesterola so tik ob glavah fosfolipidov in pritrjujejo sosednja območja "repov". Notranji deli repov fosfolipidne molekule niso omejeni pri svojem gibanju in so odgovorni za pretočnost membrane (Bretscher, 1985)

Membrana vsebuje kanale, skozi katere prodirajo ioni. Kanali so potencialno odvisni in potencialno neodvisni. Potencialni zaprti kanali odprt, ko se spremeni potencialna razlika, in potencialno neodvisen(hormonsko regulirano) se odpre, ko receptorji komunicirajo s snovmi. Kanale je mogoče odpreti ali zapreti zahvaljujoč vratu. Obstajata dve vrsti vrat, vgrajenih v membrano: aktivacijo(globoko v kanalu) in inaktiviranje(na površini kanala). Vrata so lahko v enem od treh stanj:

  • odprto stanje (obe vrsti vrat sta odprti);
  • zaprto stanje (aktivacijska vrata so zaprta);
  • stanje inaktivacije (inaktivacijska vrata zaprta).

Druga značilnost membran je sposobnost izvajanja selektivnega prenosa anorganskih ionov, hranil in različnih produktov presnove. Razlikovati med sistemi pasivnega in aktivnega prenosa (transporta) snovi. Pasivno transport poteka po ionskih kanalih s pomočjo ali brez pomoči nosilnih proteinov, in njen gonilna sila je razlika v elektrokemičnem potencialu ionov med intra- in zunajceličnim prostorom. Selektivnost ionskih kanalov je določena z njegovimi geometrijskimi parametri in kemična narava skupine, ki obložijo stene kanala in njegovo ustje.

Trenutno so najbolj raziskani kanali s selektivno prepustnostjo za ione Na +, K +, Ca 2+, pa tudi za vodo (ti akvaporini). Premer ionskih kanalov je po različnih študijah 0,5-0,7 nm. Prepustnost kanalov je lahko različna, skozi en ionski kanal lahko preide 10 7 - 10 8 ionov na sekundo.

Aktivno transport poteka s porabo energije in ga izvajajo tako imenovane ionske črpalke. Ionske črpalke so molekularne beljakovinske strukture, vgrajene v membrano in prenašajo ione proti višjemu elektrokemičnemu potencialu.

Črpalke poganja energija hidrolize ATP. Trenutno so dobro raziskane Na + / K + - ATPaza, Ca 2+ - ATPaza, H + - ATPaza, H + / K + - ATPaza, Mg 2+ - ATPaza, ki zagotavljajo gibanje Na +, K +, Ca 2+ ionov, izoliranih ali konjugiranih H +, Mg 2+ (Na + in K +; H + in K +). Molekularni mehanizem aktivnega transporta ni popolnoma razumljen.

Vsi živi organizmi na Zemlji so sestavljeni iz celic, vsako celico pa obdaja zaščitna lupina – membrana. Vendar funkcije membrane niso omejene na zaščito organelov in ločevanje ene celice od druge. Celična membrana je kompleksen mehanizem, ki neposredno sodeluje pri razmnoževanju, regeneraciji, prehrani, dihanju in številnih drugih pomembnih funkcijah celice.

Izraz "celična membrana" obstaja že skoraj stoletje. Sama beseda "membrana" v prevodu iz latinščine pomeni "film". Toda v primeru celične membrane bi bilo pravilneje govoriti o nizu dveh filmov, povezanih na določen način, poleg tega pa imajo različne strani teh filmov različne lastnosti.

Celična membrana (citolema, plazmalema) je troslojna lipoproteinska (maščobno-beljakovinska) membrana, ki ločuje vsako celico od sosednjih celic in okolja ter izvaja nadzorovano izmenjavo med celicami in okoljem.

Pri tej definiciji ni odločilnega pomena, da celična membrana ločuje eno celico od druge, temveč da zagotavlja njeno interakcijo z drugimi celicami in okoljem. Membrana je zelo aktivna, nenehno delujoča struktura celice, ki ji narava dodeli številne funkcije. Iz našega članka boste izvedeli vse o sestavi, strukturi, lastnostih in funkcijah celične membrane ter o nevarnosti, ki jo kršitve v delovanju celičnih membran predstavljajo za zdravje ljudi.

Zgodovina raziskav celične membrane

Leta 1925 sta dva nemška znanstvenika, Gorter in Grendel, lahko izvedla zapleten poskus na rdečih krvnih celicah človeške krvi, eritrocitih. S pomočjo osmotskega udarca so raziskovalci pridobili tako imenovane "sence" - prazne lupine rdečih krvnih celic, nato pa jih zložili na en kup in izmerili površino. Naslednji korak je bil izračun količine lipidov v celični membrani. Znanstveniki so s pomočjo acetona izolirali lipide iz "senc" in ugotovili, da so ravno dovolj za dvojno neprekinjeno plast.

Med poskusom pa sta bili storjeni dve veliki napaki:

    Uporaba acetona ne omogoča izolacije absolutno vseh lipidov iz membran;

    Površina "senc" je bila izračunana na podlagi suhe teže, kar je tudi napačno.

Ker je prva napaka pri izračunih dala minus, druga pa plus, se je skupni rezultat izkazal za presenetljivo točnega, nemški znanstveniki pa so v znanstveni svet prinesli najpomembnejše odkritje - lipidni dvosloj celične membrane.

Leta 1935 je drugi par raziskovalcev, Danielle in Dawson, po dolgih poskusih na bilipidnih filmih prišel do zaključka o prisotnosti beljakovin v celičnih membranah. Nobenega drugega načina ni bilo mogoče razložiti, zakaj imajo ti filmi tako visoko površinsko napetost. Znanstveniki so javnosti predstavili shematski model celične membrane, podobne sendviču, kjer homogene lipidno-proteinske plasti igrajo vlogo rezin kruha, med njimi pa je namesto masla praznina.

Leta 1950 je bila s pomočjo prvega elektronskega mikroskopa delno potrjena Danielle -Dawsonova teorija - dve plasti, sestavljeni iz lipidnih in beljakovinskih glav, sta bili jasno vidni na mikrografih celične membrane, med njima pa prozoren prostor, napolnjen le z repi lipidov in beljakovine.

Leta 1960 je ameriški mikrobiolog J. Robertson na podlagi teh podatkov razvil teorijo o troslojni strukturi celičnih membran, ki je dolgo časa veljala za edino pravilno. Z razvojem znanosti pa se je pojavljalo vedno več dvomov o homogenosti teh plasti. Z vidika termodinamike je takšna struktura izjemno neugodna – celice bi zelo težko prenašale snovi noter in ven skozi celoten »sendvič«. Poleg tega je dokazano, da imajo celične membrane različnih tkiv različne debeline in načine pritrditve, kar je posledica različnih funkcij organov.

Leta 1972 so mikrobiologi S.D. Singer in G.L. Nicholsonu je uspelo razložiti vse nedoslednosti v Robertsonovi teoriji s pomočjo novega, tekoče-mozaičnega modela celične membrane. Znanstveniki so ugotovili, da je membrana heterogena, asimetrična, napolnjena s tekočino, njene celice pa so v stalnem gibanju. In beljakovine, ki ga sestavljajo, imajo drugačno strukturo in namen, poleg tega pa se nahajajo na različne načine glede na bilipidno plast membrane.

Sestava celičnih membran vsebuje beljakovine treh vrst:

    Periferno - pritrjeno na površino filma;

    Polintegralni- delno prodrejo v bilipidni sloj;

    Integralni - popolnoma prodrejo skozi membrano.

Periferni proteini so povezani z glavami membranskih lipidov z elektrostatično interakcijo in nikoli ne tvorijo neprekinjene plasti, kot je bilo prej mišljeno, medtem ko pol-integralni in integralni proteini služijo za transport kisika in hranil znotraj celice ter za odstranjevanje razpadanja izdelke iz njega in še več za več pomembnih funkcij, o katerih boste izvedeli v nadaljevanju.



Celična membrana deluje naslednje funkcije:

    Pregrada - prepustnost membrane za različne vrste molekul ni enaka. Da bi prešla celično membrano, mora imeti molekula določeno velikost, Kemijske lastnosti in električni naboj. Škodljive ali neprimerne molekule zaradi pregradne funkcije celične membrane preprosto ne morejo prodreti v celico. Na primer, s pomočjo reakcije peroksida membrana ščiti citoplazmo pred peroksidi, ki so zanj nevarni;

    Transport - skozi membrano poteka pasivna, aktivna, regulirana in selektivna izmenjava. Pasivni metabolizem je primeren za v maščobi topne snovi in ​​pline, sestavljene iz zelo majhnih molekul. Take snovi prodirajo v celico in iz nje brez porabe energije, prosto, z difuzijsko metodo. Aktivna transportna funkcija celične membrane se aktivira, kadar je to potrebno, vendar je težko transportirati snovi v celico ali iz nje. Na primer, tiste z veliko molekularno velikostjo ali zaradi hidrofobnosti ne morejo prečkati bilipidne plasti. Nato začnejo delovati beljakovinske črpalke, vključno z ATPazo, ki je odgovorna za absorpcijo kalijevih ionov v celico in izločanje natrijevih ionov iz nje. Reguliran transport je potreben za funkcije izločanja in fermentacije, na primer, ko celice proizvajajo in izločajo hormone ali želodčni sok. Vse te snovi zapustijo celice po posebnih kanalih in v določenem volumnu. In selektivna transportna funkcija je povezana z zelo integralnimi beljakovinami, ki prežemajo membrano in služijo kot kanal za vstop in izstop strogo določenih vrst molekul;

    Matriks - celična membrana določa in fiksira razporeditev organelov drug proti drugemu (jedro, mitohondrije, kloroplasti) in uravnava interakcijo med njimi;

    Mehanski - zagotavlja omejevanje ene celice od druge, hkrati pa - pravilno povezavo celic v homogeno tkivo in odpornost organov na deformacije;

    Zaščitna – tako pri rastlinah kot živalih služi celična membrana kot osnova za izgradnjo zaščitnega okvirja. Primer je trdi les, gosta koža, trno trnje. V živalskem kraljestvu je tudi veliko primerov zaščitne funkcije celičnih membran – želvega oklepa, hitinske membrane, kopit in rogov;

    Energija - procesi fotosinteze in celičnega dihanja bi bili nemogoči brez sodelovanja beljakovin celične membrane, ker celice s pomočjo beljakovinskih kanalov izmenjujejo energijo;

    Receptor - proteini, vgrajeni v celično membrano, imajo lahko še eno pomembno funkcijo. Služijo kot receptorji, preko katerih celica sprejema signal od hormonov in nevrotransmiterjev. In to je potrebno za prevajanje živčnih impulzov in normalen potek hormonskih procesov;

    Encimska je še ena pomembna funkcija, ki je značilna za nekatere beljakovine celičnih membran. Na primer, v črevesnem epiteliju s pomočjo takšnih beljakovin se sintetizirajo prebavni encimi;

    Biopotencial- koncentracija kalijevih ionov znotraj celice je veliko večja kot zunaj, koncentracija natrijevih ionov pa je zunaj višja kot znotraj. To pojasnjuje potencialno razliko: znotraj celice je naboj negativen, zunaj pozitiven, kar spodbuja premikanje snovi v celico in navzven pri kateri koli od treh vrst presnove - fagocitozi, pinocitozi in eksocitozi;

    Označevanje - na površini celičnih membran so tako imenovane "oznake" - antigeni, sestavljeni iz glikoproteinov (beljakovine z razvejanimi oligosaharidnimi stranskimi verigami). Ker imajo stranske verige lahko veliko različnih konfiguracij, vsaka vrsta celic prejme svojo edinstveno oznako, ki omogoča drugim celicam v telesu, da jih prepoznajo na pogled in se nanje pravilno odzovejo. Zato na primer človeške imunske celice, makrofagi, zlahka prepoznajo tujca, ki je vstopil v telo (okužba, virus) in ga poskušajo uničiti. Enako se dogaja z bolnimi, mutiranimi in starimi celicami – spremeni se oznaka na njihovi celični membrani in telo se jih znebi.

Celična izmenjava poteka skozi membrane in se lahko izvede z uporabo treh glavnih vrst reakcij:

    Fagocitoza je celični proces, pri katerem celice fagocitov, vgrajene v membrano, zajamejo in prebavijo trdne delce hranil. V človeškem telesu fagocitozo izvajajo membrane dveh vrst celic: granulociti (granularni levkociti) in makrofagi (celice imunski ubijalci);

    Pinocitoza je proces zajemanja s površino celične membrane tekočih molekul, ki so v stiku z njo. Za hranjenje po vrsti pinocitoze celica na svoji membrani zraste tanke puhaste izrastke v obliki vitic, ki tako rekoč obdajajo kapljico tekočine in dobimo mehurček. Najprej ta mehurček štrli nad površino membrane, nato pa se "pogoltne" - skrije se v notranjost celice, njene stene pa se zlijejo z notranjo površino celične membrane. Pinocitoza se pojavi v skoraj vseh živih celicah;

    Eksocitoza je obraten proces, pri katerem znotraj celice nastanejo mehurčki s sekretorno funkcionalno tekočino (encim, hormon), ki jo je treba nekako odstraniti iz celice v okolje. Pri tem se mehurček najprej zlije z notranjo površino celične membrane, nato štrli navzven, poči, iztisne vsebino in se spet zlije s površino membrane, tokrat od zunaj. Eksocitoza poteka na primer v celicah črevesnega epitela in skorje nadledvične žleze.

Celične membrane vsebujejo lipide treh razredov:

    Fosfolipidi;

    glikolipidi;

    holesterola.

Fosfolipidi (kombinacija maščob in fosforja) in glikolipidi (kombinacija maščob in ogljikovih hidratov) pa so sestavljeni iz hidrofilne glave, iz katere se raztezata dva dolga hidrofobna repa. Toda holesterol včasih zavzame prostor med tema dvema repoma in jima prepreči upogibanje, zaradi česar so membrane nekaterih celic toge. Poleg tega molekule holesterola urejajo strukturo celičnih membran in preprečujejo prehod polarnih molekul iz ene celice v drugo.

Toda najpomembnejša komponenta, kot lahko vidite iz prejšnjega poglavja o funkcijah celičnih membran, so beljakovine. Njihova sestava, namen in lokacija so zelo raznoliki, a vse jih združuje nekaj skupnega: obročasti lipidi se vedno nahajajo okoli beljakovin celičnih membran. To so posebne maščobe, ki so jasno strukturirane, stabilne, vsebujejo več nasičenih maščobnih kislin in se sproščajo iz membran skupaj s »sponzoriranimi« beljakovinami. To je nekakšna osebna zaščitna lupina za beljakovine, brez katere preprosto ne bi delovali.

Struktura celične membrane je troslojna. V sredini leži razmeroma homogena tekoča bilipidna plast, ki jo na obeh straneh kot mozaik prekrivajo beljakovine, ki delno prodrejo v debelino. To pomeni, da bi bilo napačno misliti, da so zunanje beljakovinske plasti celičnih membran neprekinjene. Beljakovine so poleg svojih kompleksnih funkcij potrebne v membrani, da prehajajo v celice in iz njih prenašajo tiste snovi, ki ne morejo prodreti v maščobno plast. Na primer, kalijevi in ​​natrijevi ioni. Zanje so na voljo posebne beljakovinske strukture - ionski kanali, o katerih bomo podrobneje razpravljali v nadaljevanju.

Če pogledate celično membrano skozi mikroskop, lahko opazite plast lipidov, ki jo tvorijo najmanjše sferične molekule, po katerih plavajo velike beljakovinske celice, kot v morju. različne oblike... Povsem enake membrane delijo notranji prostor vsake celice na predelke, v katerih se udobno nahajajo jedro, kloroplasti in mitohondriji. Če znotraj celice ne bi bilo ločenih "prostor", bi se organeli prilepili drug na drugega in ne bi mogli pravilno opravljati svojih funkcij.

Celica je niz organelov, strukturiranih in omejenih z membranami, ki sodeluje v kompleksu energetskih, presnovnih, informacijskih in reproduktivnih procesov, ki zagotavljajo vitalno aktivnost organizma.

Kot lahko vidite iz te definicije, je membrana najpomembnejša funkcionalna komponenta katere koli celice. Njegov pomen je tako velik kot pomen jedra, mitohondrijev in drugih celičnih organelov. Edinstvene lastnosti membrane so posledica njene strukture: sestavljena je iz dveh filmov, zlepljenih na poseben način. Fosfolipidne molekule v membrani se nahajajo s hidrofilnimi glavami navzven in hidrofobnimi repi navznoter. Zato je ena stran filma navlažena z vodo, druga pa ne. Torej so ti filmi med seboj povezani z nenavlaženimi stranicami navznoter in tvorijo bilipidni sloj, obdan z beljakovinskimi molekulami. To je zelo "sendvič" struktura celične membrane.

Ionski kanali celičnih membran

Oglejmo si podrobneje načelo delovanja ionskih kanalov. Za kaj so potrebni? Dejstvo je, da lahko samo v maščobah topne snovi prosto prodrejo skozi lipidno membrano - to so sami plini, alkoholi in maščobe. Na primer, kisik in ogljikov dioksid se nenehno izmenjujeta v rdečih krvnih celicah in za to našemu telesu ni treba posegati po dodatnih trikih. Kaj pa, ko je treba skozi celično membrano prenašati vodne raztopine, kot so natrijeve in kalijeve soli?

Takšnim snovem bi bilo nemogoče utreti pot v bilipidni plasti, saj bi se luknje takoj zategnile in zlepile, taka je struktura vsakega maščobnega tkiva. Toda narava je, kot vedno, našla izhod iz situacije in ustvarila posebne strukture za transport beljakovin.

Obstajata dve vrsti prevodnih beljakovin:

    Transporterji - polintegralne beljakovinske črpalke;

    Oblikovalci kanalov so integralne beljakovine.

Beljakovine prve vrste so delno potopljene v bilipidni sloj celične membrane in gledajo z glavo, v prisotnosti potrebne snovi pa se začnejo obnašati kot črpalka: pritegnejo molekulo in jo posrkajo v celico. . In beljakovine druge vrste, integralne, imajo podolgovato obliko in se nahajajo pravokotno na bilipidno plast celične membrane in jo prodirajo skozi in skozi. Na njih se kot skozi tunele premikajo v celico in iz nje snovi, ki ne morejo preiti skozi maščobo. Skozi ionske kanale kalijevi ioni prodrejo v celico in se v njej kopičijo, natrijevi ioni pa se, nasprotno, odstranijo zunaj. Obstaja razlika v električnih potencialih, ki so tako potrebni za pravilno delovanje vseh celic v našem telesu.

Najpomembnejši zaključki o zgradbi in delovanju celičnih membran


Teorija je vedno videti zanimiva in obetavna, če jo je mogoče dobro uporabiti v praksi. Odkritje strukture in funkcij celičnih membran človeškega telesa je znanstvenikom omogočilo pravi preboj v znanosti na splošno in zlasti v medicini. Ni naključje, da smo se tako podrobno posvetili ionskim kanalom, saj se prav tu skriva odgovor na eno najpomembnejših vprašanj našega časa: zakaj ljudje vse pogosteje zbolijo za onkologijo?

Rak vsako leto zahteva okoli 17 milijonov življenj po vsem svetu in je četrti najpogostejši vzrok vseh smrti. Po podatkih WHO se pojavnost raka vztrajno povečuje in do konca leta 2020 lahko doseže 25 milijonov na leto.

Kaj pojasnjuje pravo epidemijo raka in kaj ima s tem funkcija celičnih membran? Rekli boste: razlog so slabe okoljske razmere, nepravilna prehrana, slabe navade in huda dednost. In seveda boste imeli prav, a če o problemu govorimo podrobneje, je razlog zakisanje človeškega telesa. Zgornji negativni dejavniki vodijo do motenj celičnih membran, zavirajo dihanje in prehrano.

Kjer bi moral biti plus, nastane minus in celica ne more normalno delovati. Toda rakave celice ne potrebujejo kisika ali alkalnega okolja - lahko uporabljajo anaerobno vrsto prehrane. Zato v pogojih pomanjkanja kisika in vrednosti pH zunaj skale zdrave celice mutirajo in se želijo prilagoditi okolje in postanejo rakave celice. Tako človek zboli za onkologijo. Da bi se temu izognili, morate dnevno zaužiti zadostno količino čiste vode in se odreči rakotvornim snovem v hrani. Ljudje pa se praviloma dobro zavedajo škodljivih proizvodov in potrebe po visokokakovostni vodi ter nič ne storijo - upajo, da jih bodo težave zaobšle.

Poznavanje značilnosti strukture in funkcij celičnih membran različnih celic lahko zdravniki uporabijo te informacije za zagotavljanje ciljnih, ciljno usmerjenih terapevtskih učinkov na telo. Veliko sodobnih zdravila ko vstopijo v naše telo, iščejo pravo »tarčo«, ki so lahko ionski kanali, encimi, receptorji in biomarkerji celičnih membran. Ta način zdravljenja vam omogoča doseganje boljših rezultatov z minimalnimi stranskimi učinki.

Ko pridejo v krvni obtok, antibiotiki zadnje generacije ne ubijejo vseh celic zapored, ampak iščejo celice povzročitelja, pri čemer se osredotočajo na markerje v njegovih celičnih membranah. Najnovejša zdravila proti migreni, triptani, zožijo le vnete krvne žile možganov, skoraj brez učinka na srce in periferno cirkulacijo. In prav po beljakovinah celičnih membran prepoznajo potrebne žile. Takšnih primerov je veliko, zato lahko z gotovostjo rečemo, da znanje o zgradbi in funkcijah celičnih membran temelji na razvoju sodobne medicinske znanosti in vsako leto rešuje milijone življenj.


Izobraževanje: Moskovski medicinski inštitut. IM Sechenov, specialnost - "Splošna medicina" leta 1991, leta 1993 "Poklicne bolezni", leta 1996 "Terapija".