Annonsering på portalen

Varför kallas membranet cellens universella strukturella enhet? Cellmembran: dess struktur och funktion. Funktioner av cellens yttre membran

Kort beskrivning:

Sazonov V.F. 1_1 Cellmembranets struktur [Elektronisk resurs] // Kinesiolog, 2009-2018: [plats]. Uppdaterat datum: 06.02.2018 ..__. 201_). _ Cellmembranets struktur och funktion beskrivs (synonymer: plasmalemma, plasmolemma, biomembran, cellmembran, yttre cellmembran, cellmembran, cytoplasmatiskt membran). Denna initiala information är nödvändig både för cytologi och för att förstå processerna för nervaktivitet: nervös excitation, hämning, synapser och sensoriska receptorer.

Cellmembran (plasma a lemma eller plasma O lemma)

Definition av konceptet

Cellmembranet (synonymer: plasmalemma, plasmolemma, cytoplasmatiskt membran, biomembran) är ett trippel lipoprotein (dvs "fett-protein") membran som separerar cellen från miljön och utför kontrollerat utbyte och kommunikation mellan cellen och dess omgivning.

Det viktigaste i denna definition är inte att membranet separerar cellen från miljön, utan just att den ansluter bur med miljön. Membranet är aktiva cellens struktur, den fungerar hela tiden.

Det biologiska membranet är en ultratunn bimolekylär film av fosfolipider inneslutna med proteiner och polysackarider. Denna cellulära struktur ligger till grund för barriär, mekaniska och matrisegenskaper hos en levande organism (Antonov V.F., 1996).

Figurativ representation av membranet

För mig framstår cellmembranet som ett gitterstaket med många dörrar i, som omger ett visst territorium. Varje liten levande varelse kan fritt röra sig fram och tillbaka genom detta staket. Men större besökare kan bara komma in genom dörrarna, och inte ens då. Olika besökare har bara nycklar till sina egna dörrar, och de kan inte passera genom andras dörrar. Så genom det här staketet finns det ständigt flöden av besökare fram och tillbaka, eftersom membranstängselets huvudfunktion är tvåfaldig: att separera territoriet från det omgivande rummet och samtidigt ansluta det till det omgivande rummet. För detta finns det många hål och dörrar i staketet - !

Membranegenskaper

1. Permeabilitet.

2. Halvpermeabilitet (partiell permeabilitet).

3. Selektiv (synonym: selektiv) permeabilitet.

4. Aktiv permeabilitet (synonym: aktiv transport).

5. Kontrollerad permeabilitet.

Som du kan se är membranets främsta egenskap dess permeabilitet för olika ämnen.

6. Fagocytos och pinocytos.

7. Exocytos.

8. Förekomsten av elektriska och kemiska potentialer, närmare bestämt potentialskillnaden mellan membranets inre och yttre sida. Bildligt kan vi säga det "membranet förvandlar cellen till ett" elektriskt batteri "genom att styra jonflöden"... Detaljer: .

9. Förändringar i elektrisk och kemisk potential.

10. Irritabilitet. Speciella molekylära receptorer på membranet kan binda med signalerande (kontroll) ämnen, vilket resulterar i att membranets och hela cellens tillstånd kan förändras. Molekylära receptorer utlöser biokemiska reaktioner som svar på kombinationen av ligander (kontrollsubstanser) med dem. Det är viktigt att notera att signalämnet verkar på receptorn från utsidan, och förändringarna fortsätter inuti cellen. Det visar sig att membranet överförde information från miljön till cellens inre miljö.

11. Katalytisk enzymatisk aktivitet. Enzymer kan vara inbäddade i membranet eller anslutna till dess yta (både inuti och utanför cellen), och där utför de sin enzymatiska aktivitet.

12. Ändra formen på ytan och dess yta. Detta gör att membranet kan bilda utväxter utåt eller omvänt invagination in i cellen.

13. Möjlighet att skapa kontakter med andra cellmembran.

14. Vidhäftning är förmågan att vidhäfta fasta ytor.

En kort lista över membranegenskaper

  • Permeabilitet.
  • Endocytos, exocytos, transcytos.
  • Potentialer.
  • Irritabilitet.
  • Enzymaktivitet.
  • Kontakter.
  • Adhesion.

Membranfunktioner

1. Ofullständig isolering av det interna innehållet från den yttre miljön.

2. Det viktigaste i cellmembranets arbete är utbyta olika ämnen mellan cellen och den intercellulära miljön. Detta beror på en sådan egenskap hos membranet som permeabilitet. Dessutom reglerar membranet detta utbyte genom att reglera dess permeabilitet.

3. En annan viktig funktion hos membranet är skapa en skillnad i kemiska och elektriska potentialer mellan dess inre och yttre sidor. På grund av detta har inuti cellen en negativ elektrisk potential -.

4. Genom membranet utförs också informationsutbyte mellan cellen och dess omgivning. Speciella molekylära receptorer på membranet kan binda till kontrollerande ämnen (hormoner, mediatorer, modulatorer) och utlösa biokemiska reaktioner i cellen, vilket leder till olika förändringar i cellens funktion eller i dess strukturer.

Video:Cellmembranstruktur

Videoföreläsning:Detaljer om membranets struktur och transport

Membranstruktur

Cellmembranet har en mångsidig trelager strukturera. Dess mellersta fettskikt är kontinuerligt, och de övre och nedre proteinskikten täcker det i form av en mosaik av separata proteinområden. Fettskiktet är grunden som säkerställer cellens isolering från miljön och isolerar den från miljön. I sig genomsyrar det mycket dåligt vattenlösliga ämnen, men tillåter lätt fettlösliga ämnen. Därför måste membranpermeabiliteten för vattenlösliga ämnen (till exempel joner) förses med speciella proteinstrukturer - och.

Nedan finns mikrofotografier av verkliga cellmembran av kontaktande celler, erhållna med hjälp av ett elektronmikroskop, samt en schematisk ritning som visar treskiktsmembranet och mosaiciteten hos dess proteinskikt. För att förstora bilden, klicka på den.

Separat bild av cellmembranets inre lipid (fett) lager, genomsyrad av integrerade inbäddade proteiner. Övre och nedre proteinskikt avlägsnas för att inte störa visningen av lipid -tvåskiktet

Figur ovan: Ofullständig schematisk representation av cellmembranet (cellvägg) som visas på Wikipedia.

Observera att de yttre och inre proteinskikten har tagits bort från membranet så att vi bättre kan se det centrala feta dubbla lipidlagret. I ett riktigt cellmembran flyter stora protein "öar" ovanför och under längs fettfilmen (små kulor i figuren), och membranet visar sig vara tjockare, treskiktigt: protein-fett-protein ... Så det ser faktiskt ut som en smörgås av två protein "skivor bröd" med ett tjockt lager "smör" i mitten, d.v.s. har en treskiktsstruktur, inte en tvåskiktsstruktur.

I denna figur motsvarar små blåvita kulor hydrofila (vätbara) lipid "huvuden", och "strängarna" fästa vid dem motsvarar hydrofoba (icke-vätbara) "svansar". Av proteinerna visas endast integrerade end-to-end membranproteiner (röda kulor och gula spiraler). De gula ovala prickarna inuti membranet är kolesterolmolekyler. De gulgröna pärlkedjorna på utsidan av membranet är oligosackaridkedjor som bildar glykokalyxen. Glykokalyx är som ett kolhydrat ("socker") "fluff" på membranet, bildat av långa kolhydrat-proteinmolekyler som sticker ut ur det.

Alive är en liten "proteinfettpåse" fylld med ett halvvätskande geléliknande innehåll, som genomsyras av filmer och rör.

Väggarna i denna säck bildas av en dubbel fet (lipid) film, täckt med proteiner från insidan och utsidan - cellmembranet. Därför sägs att membranet har treskiktsstruktur : protein-fett-protein... Det finns också många liknande fettmembran inuti cellen, som delar dess inre utrymme i fack. Cellorganeller omges av samma membran: kärna, mitokondrier, kloroplaster. Så membranet är en universell molekylstruktur som är inneboende i alla celler och alla levande organismer.

Till vänster är inte en verklig, men en artificiell modell av en bit av ett biologiskt membran: detta är en ögonblicksbild av det feta fosfolipid -tvåskiktet (dvs ett dubbelskikt) i processen för dess molekylära dynamiska modellering. Modellens beräknade cell visas - 96 PC -molekyler ( f osfatidil NS olina) och 2304 vattenmolekyler, totalt 20544 atomer.

Till höger är en visuell modell av en enda molekyl av samma lipid, från vilken membranlipidskiktet är sammansatt. På toppen har den ett hydrofilt (vattenälskande) huvud, och längst ner två hydrofoba (vattenrädda) svansar. Denna lipid har ett enkelt namn: 1-steroyl-2-docosahexaenoyl-Sn-glycero-3-fosfatidylkolin (18: 0/22: 6 (n-3) cis PC), men du behöver inte memorera det om du inte planera att få din lärare att svälla med djupet av din kunskap.

En mer exakt vetenskaplig definition av en cell kan ges:

Är begränsad av ett aktivt membran, ett ordnat, strukturerat heterogent system av biopolymerer som deltar i en enda uppsättning metaboliska, energi- och informationsprocesser, och utför även underhåll och reproduktion av hela systemet som helhet.

Inuti cellen genomsyras också membran, och mellan membranen finns det inte vatten, utan en viskös gel / sol med varierande densitet. Därför flyter de interagerande molekylerna i cellen inte fritt, som i ett provrör med en vattenlösning, utan sitter mestadels (immobiliserade) på de polymera strukturerna i cytoskelet eller intracellulära membran. Och därför sker kemiska reaktioner inuti cellen nästan som i ett fast ämne, och inte i en vätska. Det yttre membranet som omger cellen är också täckt med enzymer och molekylära receptorer, vilket gör den till en mycket aktiv del av cellen.

Cellmembranet (plasmalemma, plasmolemma) är ett aktivt membran som separerar cellen från miljön och förbinder den med miljön. © Sazonov V.F., 2016.

Av denna definition av ett membran följer att det inte bara begränsar cellen, utan arbetar aktivt koppla den till sin omgivning.

Fettet som membranen består av är speciellt, därför kallas dess molekyler vanligtvis inte bara fett, utan också "Lipider", "fosfolipider", "sfingolipider"... Membranfilmen är dubbel, det vill säga den består av två filmer som fästs vid varandra. Därför skriver de i läroböcker att grunden för cellmembranet består av två lipidlager (eller av " tvåskikt", dvs ett dubbelskikt). För varje separat lipidskikt kan den ena sidan fuktas med vatten, och den andra inte. Så, dessa filmer klibbar till varandra exakt med sina icke-vätande sidor.

Bakteriemembran

Det prokaryota cellmembranet för gramnegativa bakterier består av flera lager, som visas i figuren nedan.
Beläggningsskikt av gramnegativa bakterier:
1. Inre treskikts cytoplasmatiskt membran, som är i kontakt med cytoplasman.
2. Cellväggen, som består av murein.
3. Yttre treskikts cytoplasmatiskt membran, som har samma system av lipider med proteinkomplex som det inre membranet.
Kommunikation av gramnegativa bakterieceller med omvärlden genom en så komplex trestegsstruktur ger dem inte en fördel vid överlevnad under hårda förhållanden jämfört med grampositiva bakterier, som har ett mindre kraftfullt membran. De tål lika illa höga temperaturer, surhet och tryckfall.

Videoföreläsning:Plasmamembran. E.V. Cheval, Ph.D.

Videoföreläsning:Membran som cellgräns. A. Ilyaskin

Betydelsen av membranjonkanaler

Det är lätt att förstå att endast fettlösliga ämnen kan komma in i cellen genom fettmembranet. Dessa är fetter, alkoholer, gaser. Till exempel i erytrocyter passerar syre och koldioxid lätt in och ut direkt genom membranet. Men vatten och vattenlösliga ämnen (till exempel joner) kan helt enkelt inte passera genom membranet till någon cell. Det betyder att de behöver speciella hål. Men om du bara gör ett hål i fettfilmen, kommer den omedelbart att dras tillbaka. Vad ska man göra? En väg ut i naturen hittades: det är nödvändigt att göra speciella proteintransportstrukturer och sträcka dem genom membranet. Så här erhålls kanaler för passage av fettolösliga ämnen - jonkanaler i cellmembranet.

Så, för att ge dess membran ytterligare egenskaper av permeabilitet för polära molekyler (joner och vatten), syntetiserar cellen speciella proteiner i cytoplasman, som sedan införlivas i membranet. De är av två typer: transportproteiner (till exempel transport ATPaser) och kanalbildande proteiner (kanaltillverkare). Dessa proteiner införlivas i membranets dubbla fettskikt och bildar transportstrukturer i form av transportörer eller i form av jonkanaler. Olika vattenlösliga ämnen kan nu passera genom dessa transportstrukturer, som annars inte kan passera genom fettmembranfilmen.

I allmänhet kallas proteiner inbyggda i membranet också väsentlig, just för att de verkar ingå i membranets sammansättning och tränga igenom det genom och igenom. Andra proteiner, inte integrerade, bildar liksom öar som "flyter" längs membranytan: antingen längs dess yttre yta eller längs dess inre yta. Alla vet ju att fett är ett bra smörjmedel och det är lätt att glida på det!

Slutsatser

1. I allmänhet är membranet i tre lager:

1) det yttre lagret av protein "öar",

2) fet tvåskikts "hav" (lipid tvåskikt), dvs. dubbel lipidfilm,

3) det inre skiktet av protein "öar".

Men det finns också ett löst yttre skikt - glykokalyxen, som bildas genom att glykoproteiner sticker ut ur membranet. De är molekylära receptorer med vilka signalkontrollmedel binder.

2. Särskilda proteinstrukturer är inbyggda i membranet, vilket garanterar dess permeabilitet för joner eller andra ämnen. Glöm inte att fetthavet på vissa ställen genomsyras av integrerade proteiner genom och igenom. Och det är de integrerade proteinerna som bildar speciella transportstrukturer cellmembran (se avsnitt 1_2 Membrantransportmekanismer). Genom dem kommer ämnen in i cellen och avlägsnas också från cellen till utsidan.

3. På båda sidor av membranet (yttre och inre), liksom inuti membranet, kan enzymproteiner lokaliseras, vilket påverkar både membranets tillstånd och hela cellens liv.

Så cellmembranet är en aktiv föränderlig struktur som aktivt fungerar i hela cellens intresse och förbinder den med omvärlden, och är inte bara ett "skyddande skal". Detta är det viktigaste att veta om cellmembranet.

Inom medicinen används membranproteiner ofta som mål för läkemedel. Receptorer fungerar som sådana mål, jonkanaler, enzymer, transportsystem. Nyligen, förutom membranet, ett mål för medicinska ämnen blir också gener gömda i cellkärnan.

Video:Introduktion till cellmembranets biofysik: Membranstrukturen 1 (Vladimirov Yu.A.)

Video:Cellmembranets historia, struktur och funktion: Membranstruktur 2 (Vladimirov Yu.A.)

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

Ett cellmembran är en ultratunn film på ytan av en cell eller cellorganell, som består av ett bimolekylärt lipidskikt med inbäddade proteiner och polysackarider.

Membranfunktioner:

  • · Barriär - ger en reglerad, selektiv, passiv och aktiv metabolism med miljön. Till exempel skyddar peroxisommembranet cytoplasman från peroxider som är skadliga för cellen. Selektiv permeabilitet innebär att membranets permeabilitet för olika atomer eller molekyler beror på deras storlek, elektriska laddning och kemiska egenskaper. Selektiv permeabilitet säkerställer separering av cellen och cellfacken från miljön och förser dem med nödvändiga ämnen.
  • · Transport - ämnen transporteras genom membranet in i och ut ur cellen. Transport genom membran ger: tillförsel av näringsämnen, avlägsnande av slutmetaboliska produkter, utsöndring av olika ämnen, skapande av joniska gradienter, bibehållande av optimalt pH och jonkoncentration i cellen, som är nödvändiga för cellulära enzymers funktion. Partiklar som av någon anledning inte kan passera fosfolipid -tvåskiktet (till exempel på grund av hydrofila egenskaper, eftersom membranet inuti är hydrofobt och inte tillåter hydrofila ämnen att passera, eller på grund av deras stora storlek), men nödvändiga för cellen , kan tränga igenom membranet genom speciella bärarproteiner (transportörer) och kanalproteiner eller genom endocytos. Med passiv transport passerar ämnen lipid -tvåskiktet utan energiförbrukning längs koncentrationsgradienten genom diffusion. En variant av denna mekanism är underlättad diffusion, där en specifik molekyl hjälper ett ämne att passera genom membranet. Denna molekyl kan ha en kanal som tillåter endast en typ av ämne att passera igenom. Aktiv transport kräver energiförbrukning, eftersom den sker mot koncentrationsgradienten. Det finns speciella pumpproteiner på membranet, inklusive ATPase, som aktivt pumpar kaliumjoner (K ​​+) in i cellen och pumpar ut natriumjoner (Na +) från den.
  • Matrix - ger ett visst ömsesidigt arrangemang och orientering av membranproteiner, deras optimala interaktion.
  • Mekanisk - ger cellens autonomi, dess intracellulära strukturer, samt anslutning till andra celler (i vävnader). Cellväggar spelar en viktig roll för att säkerställa mekanisk funktion, och hos djur, den intercellulära substansen.
  • Energi - under fotosyntes i kloroplaster och cellulär andning i mitokondrier fungerar energioverföringssystem i sina membran, i vilka proteiner också är involverade;
  • Receptor - vissa proteiner i membranet är receptorer (molekyler genom vilka cellen uppfattar vissa signaler). Till exempel verkar hormoner som cirkulerar i blodet endast på målceller som har receptorer som motsvarar dessa hormoner. Neurotransmittorer ( kemiska substanser se till att nervimpulser) binder också till speciella receptorproteiner från målceller.
  • Enzymatiska - membranproteiner är ofta enzymer. Till exempel innehåller plasmamembranen i tarmepitelceller matsmältningsenzymer.
  • · Implementering av produktion och genomförande av biopotentialer. Med hjälp av membranet bibehålls en konstant koncentration av joner i cellen: koncentrationen av K + jonen inuti cellen är mycket högre än utsidan, och Na + -koncentrationen är mycket lägre, vilket är mycket viktigt, eftersom detta säkerställer upprätthållandet av potentialskillnaden på membranet och generering av en nervimpuls.
  • · Cellmärkning - det finns antigener på membranet som fungerar som markörer - "etiketter" som gör att du kan identifiera cellen. Dessa är glykoproteiner (det vill säga proteiner med grenade oligosackaridsidokedjor fästa vid dem) som spelar rollen som "antenner". På grund av de otaliga sidokedjekonfigurationerna är det möjligt att göra en specifik markör för varje celltyp. Med hjälp av markörer kan celler känna igen andra celler och agera tillsammans med dem, till exempel under bildandet av organ och vävnader. Detta gör också att immunsystemet kan känna igen främmande antigener.

Vissa proteinmolekyler diffunderar fritt i lipidlagrets plan; i normaltillstånd ändrar inte delar av proteinmolekyler som kommer från motsatta sidor av cellmembranet sin position.

Cellmembranens specifika morfologi bestämmer deras elektriska egenskaper, bland vilka de viktigaste är kapacitans och konduktivitet.

Kapacitiva egenskaper bestäms huvudsakligen av fosfolipid -tvåskiktet, som är ogenomträngligt för hydratiserade joner och samtidigt tunn nog (ca 5 nm) för att säkerställa effektiv separation och ackumulering av laddningar och elektrostatisk interaktion mellan katjoner och anjoner. Dessutom är cellmembranens kapacitiva egenskaper en av anledningarna som bestämmer de temporala egenskaperna hos elektriska processer som förekommer på cellmembran.

Konduktivitet (g) är det ömsesidiga elektriska motståndet och är lika med förhållandet mellan den totala transmembranströmmen för en given jon och det värde som orsakade dess transmembranpotentialskillnad.

Olika ämnen kan diffundera genom fosfolipid -skiktet, och graden av permeabilitet (P), det vill säga cellmembranets förmåga att passera dessa ämnen, beror på skillnaden i koncentrationen av det diffunderande ämnet på båda sidor av membranet, dess löslighet i lipider och cellmembranets egenskaper. Diffusionshastigheten för laddade joner i ett konstant fält i membranet bestäms av jonernas rörlighet, membranets tjocklek och fördelningen av joner i membranet. För icke-elektrolyter påverkar membranpermeabiliteten inte dess konduktivitet, eftersom icke-elektrolyter inte bär laddningar, dvs de kan inte bära en elektrisk ström.

Konduktiviteten hos ett membran är ett mått på dess jonpermeabilitet. En ökning av konduktiviteten indikerar en ökning av antalet joner som passerar genom membranet.

En viktig egenskap hos biologiska membran är fluiditet. Alla cellmembran är rörliga vätskestrukturer: de flesta av deras bestående lipid- och proteinmolekyler kan röra sig ganska snabbt i membranplanet

Membranet är en superfin struktur som bildar ytorna på organeller och cellen som helhet. Alla membran har en liknande struktur och är länkade till ett system.

Kemisk sammansättning

Cellmembranen är kemiskt homogena och består av proteiner och lipider från olika grupper:

  • fosfolipider;
  • galaktolipider;
  • sulfolipider.

De inkluderar också nukleinsyror, polysackarider och andra ämnen.

Fysikaliska egenskaper

Vid normala temperaturer är membranen i flytande kristalltillstånd och fluktuerar konstant. Deras viskositet är nära den för vegetabilisk olja.

Membranet är återvinningsbart, hållbart, elastiskt och poröst. Tjockleken på membranen är 7-14 nm.

TOP-4 artiklarsom läste tillsammans med detta

Membranet är ogenomträngligt för stora molekyler. Små molekyler och joner kan passera genom porerna och själva membranet under påverkan av koncentrationsskillnader på olika sidor av membranet, liksom med hjälp av transportproteiner.

Modell

Typiskt beskrivs membranstrukturen med användning av en vätske-mosaikmodell. Membranet har en ram - två rader av lipidmolekyler, tätt som tegelstenar intill varandra.

Ris. 1. Biologiskt membran av smörgåstypen.

På båda sidor är lipids yta täckt med proteiner. Mosaikmönstret bildas av proteinmolekyler som är ojämnt fördelade på membranytan.

Enligt graden av nedsänkning i bilipidskiktet är proteinmolekyler uppdelade i tre grupper:

  • transmembran;
  • nedsänkt;
  • ytlig.

Proteiner utgör membranets huvudsakliga egenskap - dess selektiva permeabilitet för olika ämnen.

Membrantyper

Alla cellmembran genom lokalisering kan delas in i följande typer:

  • utomhus;
  • kärn;
  • membran av organeller.

Det yttre cytoplasmatiska membranet, eller plasmolemma, är cellens gräns. I anslutning till elementen i cytoskeletet behåller den sin form och storlek.

Ris. 2. Cytoskelet.

Kärnmembranet, eller karyolemma, är gränsen för kärninnehållet. Den är byggd av två membran, mycket lik den yttre. Kärnans yttre membran är associerat med membran endoplasmatiska retiklet(EPS) och, genom porerna, med ett inre membran.

EPS -membranen penetrerar hela cytoplasman och bildar ytor på vilka olika ämnen syntetiseras, inklusive membranproteiner.

Organoidmembran

Majoriteten av organellerna har en membranstruktur.

Väggarna är byggda av ett membran:

  • Golgi -komplex;
  • vakuoler;
  • lysosomer.

Plastider och mitokondrier är byggda av två lager av membran. Deras yttre membran är slätt, medan det inre membranet bildar många veck.

Särdragen hos fotosyntetiska kloroplastmembran är inbäddade klorofyllmolekyler.

Djurceller har ett kolhydratlager på ytan av det yttre membranet som kallas glykokalyx.

Ris. 3. Glykokalyx.

Glykokalyxen är mest utvecklad i cellerna i tarmepitelet, där det skapar förutsättningar för matsmältning och skyddar plasmolemma.

Tabell "Cellmembranets struktur"

Vad har vi lärt oss?

Vi undersökte cellmembranets struktur och funktion. Membranet är en selektiv (selektiv) barriär för cellen, kärnan och organellerna. Cellmembranets struktur beskrivs av en flytande mosaikmodell. Enligt denna modell är proteinmolekyler inbäddade i ett dubbelskikt av viskösa lipider.

Testa efter ämne

Bedömning av rapporten

Genomsnittligt betyg: 4.5. Totalt antal betyg: 100.

Cell- självreglerande strukturell och funktionell enhet av vävnader och organ. Cellteorin om organens och vävnadernas struktur utvecklades av Schleiden och Schwann 1839. Senare, med hjälp av elektronmikroskopi och ultracentrifugering, var det möjligt att belysa strukturen för alla huvudorganeller i djur- och växtceller (fig. 1).

Ris. 1. Schema för strukturen för cellen hos djurorganismer

Huvuddelen av cellen är cytoplasman och kärnan. Varje cell är omgiven av ett mycket tunt membran som begränsar dess innehåll.

Cellmembranet kallas plasmamembran och kännetecknas av selektiv permeabilitet. Denna egenskap tillåter viktiga näringsämnen och kemiska element tränga in i cellen och överskott av produkter lämnar den. Plasmamembranet består av två lager lipidmolekyler med införande av specifika proteiner. Membrans huvudlipider är fosfolipider. De innehåller fosfor, ett polärt huvud och två opolära svansar av långkedjiga fettsyror. Membranlipider inkluderar kolesterol och kolesterolestrar. I enlighet med vätskemosaikmodellstrukturen innehåller membran inneslutningar av protein- och lipidmolekyler som kan blandas relativt tvåskiktet. Varje typ av membran i alla djurceller kännetecknas av sin egen relativt konstanta lipidsammansättning.

Strukturellt är membranproteiner indelade i två typer: integral och perifer. Perifera proteiner kan avlägsnas från membranet utan att förstöra det. Det finns fyra typer av membranproteiner: transportproteiner, enzymer, receptorer och strukturproteiner. Vissa membranproteiner har enzymatisk aktivitet, medan andra binder vissa ämnen och underlättar deras överföring till cellen. Proteiner tillhandahåller flera vägar för rörelse av ämnen över membran: de bildar stora porer, bestående av flera proteinunderenheter, som gör att vattenmolekyler och joner kan röra sig mellan celler; bilda jonkanaler som är specialiserade på förflyttning av vissa arter av joner över membranet under vissa förhållanden. Strukturella proteiner är associerade med det inre lipidskiktet och tillhandahåller cellens cytoskelet. Cytoskeletet ger cellmembranet mekanisk styrka. I olika membran står proteiner för 20 till 80% av massan. Membranproteiner kan röra sig fritt i sidoplanet.

Membranet innehåller också kolhydrater som kan kovalent binda till lipider eller proteiner. Det finns tre typer av membrankolhydrater: glykolipider (gangliosider), glykoproteiner och proteoglykaner. De flesta membranlipider är i flytande tillstånd och har en viss fluiditet, d.v.s. förmågan att flytta från ett område till ett annat. På utsidan av membranet finns receptorställen som binder olika hormoner. Andra specifika membranregioner kan känna igen och binda några proteiner främmande för dessa celler och en mängd biologiskt aktiva föreningar.

Cellens inre utrymme är fyllt med cytoplasma, där de flesta reaktionerna av cellmetabolism som katalyseras av enzymer äger rum. Cytoplasman består av två lager: det inre, kallat endoplasma, och det perifera, ektoplasman, som är mycket viskös och utan granulat. Alla komponenter i en cell eller organell finns i cytoplasman. De viktigaste av cellorganellerna är endoplasmatisk retikulum, ribosomer, mitokondrier, Golgi -apparater, lysosomer, mikrofilament och mikrotubuli, peroxisomer.

Endoplasmatiska retikletär ett system av sammankopplade kanaler och hålrum som genomsyrar hela cytoplasman. Det ger transport av ämnen från miljön och inuti cellerna. Det endoplasmatiska retikulumet fungerar också som en depå för intracellulära Ca 2+ joner och fungerar som huvudplatsen för lipidsyntes i cellen.

Ribosomer - mikroskopiska sfäriska partiklar med en diameter på 10-25 nm. Ribosomer är fritt belägna i cytoplasman eller fästa vid den yttre ytan av membranen i det endoplasmatiska retikulumet och kärnmembranet. De interagerar med budbärare och transporterar RNA, och proteiner syntetiseras i dem. De syntetiserar proteiner som kommer in i cisternerna eller Golgi -apparaten och sedan släpps utanför. Ribosomer, fritt belägna i cytoplasman, syntetiserar protein för användning av själva cellen, och ribosomer associerade med det endoplasmatiska retikulum producerar protein som avlägsnas från cellen. Olika funktionella proteiner syntetiseras i ribosomer: bärarproteiner, enzymer, receptorer, cytoskeletproteiner.

Golgiapparat bildas av ett system av tubuli, cisterner och vesiklar. Det är associerat med det endoplasmatiska retikulumet, och biologiskt aktiva substanser som tas emot här lagras i en komprimerad form i sekretoriska vesiklar. De senare separeras ständigt från Golgi -apparaten, transporteras till cellmembranet och slås samman med det, och ämnena i vesiklarna avlägsnas från cellen under exocytos.

Lysosomer - partiklar omgivna av ett membran med en storlek på 0,25-0,8 mikron. De innehåller många enzymer som är involverade i nedbrytning av proteiner, polysackarider, fetter, nukleinsyror, bakterier och celler.

Peroxisomer bildas av en slät endoplasmatisk retikulum, liknar lysosomer och innehåller enzymer som katalyserar sönderdelningen av väteperoxid, som bryts ner under påverkan av peroxidaser och katalas.

Mitokondrier innehåller yttre och inre membran och är cellens "kraftstation". Mitokondrier är runda eller långsträckta strukturer med ett dubbelmembran. Det inre membranet bildar veck som sticker ut i mitokondrierna - cristae. De syntetiserar ATP, oxiderar substrat i Krebs -cykeln och utför många biokemiska reaktioner. ATP -molekyler som bildas i mitokondrier diffunderar in i alla delar av cellen. Mitokondrier innehåller en liten mängd DNA, RNA, ribosomer, och med deras deltagande sker förnyelse och syntes av nya mitokondrier.

Mikrofilamentär tunna proteintrådar, bestående av myosin och aktin, och bildar cellens kontraktila apparat. Mikrofilament är involverade i bildandet av veck eller utskjutande av cellmembranet, liksom i rörelsen av olika strukturer i cellerna.

Mikrotubuli utgör grunden för cytoskeletet och säkerställer dess styrka. Cytoskeletet ger cellerna ett karakteristiskt utseende och en form, fungerar som en fästpunkt för intracellulära organeller och olika kroppar. I nervceller är buntar av mikrotubuli involverade i transporten av ämnen från cellkroppen till axons ändar. Med deras deltagande utförs den mitotiska spindelns funktion under celldelning. De spelar rollen som motoriska element i villi och flagella i eukaryoter.

Kärnaär cellens grundstruktur, är involverad i överföringen av ärftliga egenskaper och i syntesen av proteiner. Kärnan är omgiven av ett kärnmembran som innehåller många kärnporer genom vilka olika ämnen utbyts mellan kärnan och cytoplasman. Det finns en nukleolus inuti den. Nukleolusens viktiga roll vid syntesen av ribosomalt RNA och histonproteiner har fastställts. Resten av kärnan innehåller kromatin, som består av DNA, RNA och ett antal specifika proteiner.

Cellmembranets funktioner

Cellmembran spelar en viktig roll i regleringen av intracellulär och intercellulär metabolism. De är selektivt permeabla. Deras specifika struktur gör det möjligt att tillhandahålla barriär-, transport- och regleringsfunktioner.

Barriärfunktion manifesterar sig i att begränsa penetrationen av föreningar upplösta i vatten genom membranet. Membranet är ogenomträngligt för stora proteinmolekyler och organiska anjoner.

Reglerande funktion membran består i reglering av intracellulär metabolism som svar på kemisk, biologisk och mekanisk påverkan. Olika influenser uppfattas av speciella membranreceptorer med en efterföljande förändring i enzymaktiviteten.

Transportfunktion genom biologiska membran kan utföras passivt (diffusion, filtrering, osmos) eller med aktiv transport.

Diffusion - rörelse av en gas eller en löslig substans längs koncentrationen och elektrokemisk gradient... Diffusionshastigheten beror på cellmembranets permeabilitet, liksom koncentrationsgradienten för oladdade partiklar, elektriska och koncentrationsgradienter för laddade partiklar. Enkel diffusion sker genom lipiddubbelskiktet eller genom kanaler. Laddade partiklar rör sig enligt en elektrokemisk gradient, medan oladdade partiklar rör sig enligt en kemisk gradient. Till exempel penetrerar syre, steroidhormoner, urea, alkohol, etc. genom enkel diffusion genom lipidskiktet i membranet. Olika joner och partiklar rör sig genom kanalerna. Joniska kanaler bildas av proteiner och är indelade i kontrollerade och okontrollerade kanaler. Beroende på selektiviteten görs åtskillnad mellan jonselektiva rep som endast tillåter en jon att passera och kanaler som inte har selektivitet. Kanalerna har en mun och ett selektivt filter, och de kontrollerade kanalerna har också en grindmekanism.

Underlättad diffusion - en process där ämnen transporteras över ett membran med hjälp av speciella membranbärarproteiner. På detta sätt kommer aminosyror och monosackarider in i cellen. Denna typ av transport är mycket snabb.

Osmos - rörelsen av vatten genom membranet från en lösning med en lägre till en lösning med ett högre osmotiskt tryck.

Aktiv transport - transport av ämnen mot koncentrationsgradienten med hjälp av transport -ATPaser (jonpumpar). Denna överföring sker med energiförbrukningen.

Na + / K + -, Ca 2+ -och H + -pumparna har studerats i större utsträckning. Pumparna sitter på cellmembranen.

Ett slags aktiv transport är endocytos och exocytos. Dessa mekanismer transporterar större ämnen (proteiner, polysackarider, nukleinsyror) som inte kan transporteras genom kanalerna. Denna transport är vanligare i epitelcellerna i tarmen, njurtubuli och kärlendotel.

På endocytos bildar cellmembran invaginationer inuti cellen, som, när de lossnar, förvandlas till vesiklar. Under exocytos överförs vesiklar med deras innehåll till cellmembranet och smälter samman med det, och innehållet i vesiklarna släpps ut i den extracellulära miljön.

Cellmembranets struktur och funktion

För att förstå processerna som säkerställer förekomsten av elektriska potentialer i levande celler är det först och främst nödvändigt att förstå cellmembranets struktur och dess egenskaper.

För närvarande är den mest kända vätske-mosaikmembranmodellen som föreslogs av S. Singer och G. Nicholson 1972. Membranet är baserat på ett dubbelskikt av fosfolipider (tvåskikt), vars hydrofoba fragment av molekylerna är nedsänkta i tjockleken på membranet, och de polära hydrofila grupperna är orienterade utåt, de. in i den omgivande vattenmiljön (bild 2).

Membranproteiner är lokaliserade på membranytan eller kan bäddas in på olika djup i den hydrofoba zonen. Vissa proteiner genomsyrar membranet och olika hydrofila grupper av samma protein finns på båda sidor av cellmembranet. Proteinerna som finns i plasmamembranet spelar en mycket viktig roll: de deltar i bildandet av jonkanaler, spelar rollen som membranpumpar och bärare av olika ämnen och kan också utföra en receptorfunktion.

Cellmembranets huvudfunktioner: barriär, transport, reglerande, katalytisk.

Barriärfunktionen är att begränsa diffusionen av vattenlösliga föreningar genom membranet, vilket är nödvändigt för att skydda celler från främmande, giftiga ämnen och upprätthålla ett relativt konstant innehåll av olika ämnen inuti cellerna. Således kan cellmembranet bromsa diffusionen av olika ämnen med 100 000-10 000 000 gånger.

Ris. 2. Tredimensionellt schema av flytande-mosaikmodellen av Singer-Nicholson-membranet

Avbildade är globulära integrerade proteiner inbäddade i ett lipid -tvåskikt. Vissa proteiner är jonkanaler, andra (glykoproteiner) innehåller oligosackaridsidokedjor som är involverade i celligenkänning av varandra och i den intercellulära vävnaden. Kolesterolmolekyler ligger nära intill fosfolipidhuvudena och fixerar de intilliggande områdena på "svansarna". De inre delarna av svansarna i fosfolipidmolekylen är inte begränsade i deras rörelse och ansvarar för membranets fluiditet (Bretscher, 1985)

Membranet innehåller kanaler genom vilka joner tränger in. Kanaler är potentiellt beroende och potentiellt oberoende. Potentiella gated kanaleröppna när potentialskillnaden ändras, och potentialoberoende(hormonreglerade) öppna när receptorer interagerar med ämnen. Kanalerna kan öppnas eller stängas tack vare porten. Två typer av portar är inbyggda i membranet: aktivering(djupt i kanalen) och inaktiverande(på kanalytan). Porten kan vara i ett av tre tillstånd:

  • öppet tillstånd (båda typerna av grindar är öppna);
  • stängt tillstånd (aktiveringsgrinden är stängd);
  • inaktiveringsläge (inaktiveringsgrind stängd).

Ett annat kännetecken för membran är förmågan att utföra selektiv överföring av oorganiska joner, näringsämnen och olika metaboliska produkter. Skilj mellan system för passiv och aktiv överföring (transport) av ämnen. Passiv transport utförs genom jonkanaler med eller utan hjälp av bärarproteiner, och dess drivkraftär skillnaden i jonernas elektrokemiska potential mellan det intra- och extracellulära rummet. Jonkanalernas selektivitet bestäms av dess geometriska parametrar och kemisk natur grupper som kantar väggarna i kanalen och dess mynning.

För närvarande är de mest välstuderade kanalerna de med selektiv permeabilitet för Na +, K +, Ca 2+ joner, liksom för vatten (de så kallade aquaporinerna). Jonkanalernas diameter, enligt olika studier, är 0,5-0,7 nm. Kanalernas genomströmning kan variera, 10 7 - 10 8 joner per sekund kan passera genom en jonkanal.

Aktiva transporten sker med energiförbrukningen och utförs av de så kallade jonpumparna. Jonpumpar är molekylära proteinstrukturer inbyggda i membranet och överför joner mot en högre elektrokemisk potential.

Pumparna drivs av energin från ATP -hydrolys. För närvarande studeras Na + / K + - ATPase, Ca 2+ - ATPase, H + - ATPase, H + / K + - ATPase, Mg 2+ - ATPase, vilket ger rörelsen av Na +, K +, Ca 2+, H +, Mg 2+ isolerade eller konjugerade (Na +och K +; H +och K +). Den molekylära mekanismen för aktiv transport är inte helt klarlagd.

Alla levande organismer på jorden består av celler, och varje cell är omgiven av ett skyddande skal - ett membran. Emellertid är membranets funktioner inte begränsade till att skydda organeller och separera en cell från en annan. Cellmembranet är en komplex mekanism som är direkt involverad i reproduktion, regenerering, näring, andning och många andra viktiga funktioner i cellen.

Termen "cellmembran" har funnits i nästan ett sekel. Själva ordet "membran" översatt från latin betyder "film". Men när det gäller ett cellmembran är det mer korrekt att tala om en uppsättning av två filmer som är anslutna på ett visst sätt, och dessutom har olika sidor av dessa filmer olika egenskaper.

Cellmembranet (cytolemma, plasmalemma) är ett treskikts lipoprotein (fettprotein) membran som separerar varje cell från närliggande celler och miljön och utför kontrollerat utbyte mellan celler och omgivningen.

Av avgörande betydelse i denna definition är inte att cellmembranet separerar en cell från en annan, utan att den säkerställer dess interaktion med andra celler och miljön. Membranet är en mycket aktiv, ständigt fungerande cellstruktur, på vilken många funktioner tilldelas av naturen. Från vår artikel kommer du att lära dig allt om cellmembranets sammansättning, struktur, egenskaper och funktioner, samt faran som kränkningar i cellmembranernas funktion innebär för människors hälsa.

Historia av cellmembranforskning

År 1925 kunde två tyska forskare, Gorter och Grendel, genomföra ett komplext experiment på röda blodkroppar av mänskligt blod, erytrocyter. Med hjälp av en osmotisk chock fick forskarna de så kallade "skuggorna" - tomma skal av röda blodkroppar, sedan lade de dem i en hög och mätte ytan. Nästa steg var att beräkna mängden lipider i cellmembranet. Med hjälp av aceton isolerade forskare lipider från "skuggorna" och bestämde att de var tillräckligt för ett dubbel kontinuerligt lager.

Under experimentet gjordes dock två grova misstag:

    Användningen av aceton tillåter inte isolering av absolut alla lipider från membranen;

    Ytan på "skuggorna" beräknades utifrån torrvikt, vilket också är felaktigt.

Eftersom det första felet gav ett minus i beräkningarna, och det andra - ett plus, visade det övergripande resultatet vara förvånansvärt korrekt, och tyska forskare tog med den viktigaste upptäckten till den vetenskapliga världen - cellmembranets lipidbaserade lager.

År 1935 kom ett annat par forskare, Danielle och Dawson, efter långa experiment med bilipidfilmer, till slutsatsen om förekomst av proteiner i cellmembran. Det fanns inget annat sätt att förklara varför dessa filmer har så hög ytspänning. Forskare presenterade för allmänheten en schematisk modell av ett cellmembran, som liknar en smörgås, där homogena lipidproteinlager spelar rollen som brödskivor, och mellan dem, i stället för smör, finns det ett tomrum.

1950, med hjälp av det första elektronmikroskopet, bekräftades delvis Danielle -Dawsons teori - två lager bestående av lipid- och proteinhuvuden var tydligt synliga på mikrografer av cellmembranet, och mellan dem var ett transparent utrymme endast fyllt med svansar av lipider och proteiner.

År 1960, guidad av dessa data, utvecklade den amerikanska mikrobiologen J. Robertson teorin om cellmembrans trelagerstruktur, som länge ansågs vara den enda korrekta. Men när vetenskapen utvecklades uppstod allt fler tvivel om homogeniteten hos dessa lager. Ur termodynamikens synvinkel är en sådan struktur extremt ofördelaktig - det skulle vara mycket svårt för celler att transportera ämnen in och ut genom hela "smörgåsen". Dessutom har det bevisats att cellmembranen i olika vävnader har olika tjocklekar och metoder för fastsättning, vilket beror på olika organfunktioner.

1972, mikrobiologer S.D. Sångaren och G.L. Nicholson kunde förklara alla inkonsekvenser i Robertsons teori med hjälp av en ny, vätske-mosaik modell av cellmembranet. Forskare har funnit att membranet är heterogent, asymmetriskt, fyllt med vätska och dess celler är i konstant rörelse. Och proteinerna som utgör det har en annan struktur och syfte, dessutom ligger de på olika sätt i förhållande till membranets bilipidskikt.

Sammansättningen av cellmembran innehåller proteiner av tre typer:

    Perifer - fäst vid filmens yta;

    Halv integrerad- tränger delvis in i bilipidskiktet;

    Integral - tränger helt in i membranet.

Perifera proteiner associeras med huvuden på membranlipider genom elektrostatisk interaktion, och de bildar aldrig ett kontinuerligt lager, som man vanligen trodde, medan halvintegrala och integrerade proteiner tjänar till att transportera syre och näringsämnen inuti cellen, samt för att avlägsna sönderfall produkter från den och mer. för flera viktiga funktioner, som du kommer att lära dig om nästa.



Cellmembranet presterar följande funktioner:

    Barriär - membranets permeabilitet för olika typer av molekyler är inte densamma. För att passera cellmembranet måste molekylen ha en viss storlek, Kemiska egenskaper och elektrisk laddning. Skadliga eller olämpliga molekyler, på grund av cellmembranets barriärfunktion, kan helt enkelt inte tränga in i cellen. Till exempel, med hjälp av peroxireaktionen, skyddar membranet cytoplasman från peroxider som är farliga för det;

    Transport - passivt, aktivt, reglerat och selektivt utbyte passerar genom membranet. Passiv metabolism är lämplig för fettlösliga ämnen och gaser som består av mycket små molekyler. Sådana ämnen tränger in i och ut ur cellen utan energiförbrukning, fritt genom diffusionsmetoden. Cellmembranets aktiva transportfunktion aktiveras vid behov men svåra att transportera ämnen måste transporteras in i eller ut ur cellen. Till exempel de med en stor molekylstorlek, eller som inte kan korsa bilipidskiktet på grund av hydrofobicitet. Därefter börjar proteiner-pumpar fungera, inklusive ATPase, som är ansvarig för absorptionen av kaliumjoner i cellen och utmatning av natriumjoner från den. Reglerad transport är nödvändig för utsöndrings- och jäsningsfunktionerna, till exempel när celler producerar och utsöndrar hormoner eller magsaft. Alla dessa ämnen lämnar cellerna genom speciella kanaler och i en given volym. Och den selektiva transportfunktionen är associerad med de mycket integrerade proteinerna som genomsyrar membranet och fungerar som en kanal för in- och utträde av strikt definierade typer av molekyler;

    Matris - cellmembranet bestämmer och fixerar arrangemanget av organeller i förhållande till varandra (kärna, mitokondrier, kloroplaster) och reglerar interaktionen mellan dem;

    Mekanisk - säkerställer begränsningen av en cell från en annan, och samtidigt - korrekt anslutning av celler till en homogen vävnad och organens motståndskraft mot deformation;

    Skyddande - i både växter och djur fungerar cellmembranet som grund för att bygga ett skyddande ramverk. Ett exempel är hårt trä, tät hud, taggiga taggar. I djurriket finns det också många exempel på cellmembranens skyddsfunktion - sköldpaddeskal, kitinmembran, hovar och horn;

    Energi - processerna för fotosyntes och cellulär andning skulle vara omöjligt utan deltagande av cellmembranets proteiner, eftersom det är med hjälp av proteinkanaler som celler utbyter energi;

    Receptor - proteiner inbäddade i cellmembranet kan ha en annan viktig funktion. De fungerar som receptorer genom vilka cellen tar emot en signal från hormoner och signalsubstanser. Och detta är i sin tur nödvändigt för ledning av nervimpulser och det normala förloppet av hormonella processer;

    Enzymatic är en annan viktig funktion som finns i vissa proteiner i cellmembran. Till exempel i tarmepitelet med hjälp av sådana proteiner syntetiseras matsmältningsenzymer;

    Biopotential- koncentrationen av kaliumjoner inuti cellen är mycket högre än utsidan, och koncentrationen av natriumjoner är tvärtom högre utanför än inuti. Detta förklarar potentialskillnaden: inuti cellen är laddningen negativ, utanför den är positiv, vilket främjar rörelsen av ämnen in i cellen och utåt i någon av de tre typerna av metabolism - fagocytos, pinocytos och exocytos;

    Märkning - på ytan av cellmembran finns så kallade "etiketter" - antigener som består av glykoproteiner (proteiner med grenade oligosackaridsidokedjor fästa vid dem). Eftersom sidokedjorna kan ha en mängd olika konfigurationer får varje celltyp sin egen unika etikett, som gör att andra celler i kroppen kan känna igen dem genom syn och reagera korrekt på dem. Det är därför, till exempel, mänskliga immunceller, makrofager, lätt känner igen en främling som har kommit in i kroppen (infektion, virus) och försöker förstöra den. Samma sak händer med sjuka, muterade och gamla celler - etiketten på deras cellmembran ändras och kroppen blir av med dem.

Cellbyte sker genom membran och kan utföras med hjälp av tre huvudtyper av reaktioner:

    Fagocytos är en cellulär process där fagocytceller inbyggda i membranet fångar upp och smälter fasta partiklar av näringsämnen. I människokroppen utförs fagocytos av membranen i två typer av celler: granulocyter (granulära leukocyter) och makrofager (immuncillardceller);

    Pinocytos är processen att fånga upp på ytan av cellmembranet av flytande molekyler i kontakt med den. För att matas av den typ av pinocytos växer cellen på sitt membran tunna fluffiga utväxter i form av rankor, som liksom omger en droppe vätska och en bubbla erhålls. Först sticker denna bubbla ut över membranets yta och "sväljs" sedan - den gömmer sig inuti cellen och dess väggar smälter samman med cellmembranets inre yta. Pinocytos förekommer i nästan alla levande celler;

    Exocytos är en omvänd process där bubblor med en sekretorisk funktionell vätska (enzym, hormon) bildas inuti cellen, och den måste på något sätt avlägsnas från cellen till miljön. För detta smälter bubblan först ihop med cellmembranets inre yta, sticker sedan utåt, spricker, driver ut innehållet och smälter igen med membranytan, denna gång utifrån. Exocytos sker till exempel i cellerna i tarmepitelet och binjurebarken.

Cellmembran innehåller lipider i tre klasser:

    Fosfolipider;

    Glykolipider;

    Kolesterol.

Fosfolipider (en kombination av fetter och fosfor) och glykolipider (en kombination av fetter och kolhydrater) består i sin tur av ett hydrofilt huvud, från vilket två långa hydrofoba svansar sträcker sig. Men kolesterol tar ibland utrymmet mellan dessa två svansar och hindrar dem från att böja sig, vilket gör membranen i vissa celler styva. Dessutom beställer kolesterolmolekyler strukturen hos cellmembranen och förhindrar övergången av polära molekyler från en cell till en annan.

Men den viktigaste komponenten, som du kan se från föregående avsnitt om cellmembranens funktioner, är proteiner. Deras sammansättning, syfte och plats är mycket olika, men det är något gemensamt som förenar dem alla: ringformiga lipider finns alltid runt proteinerna i cellmembranen. Dessa är speciella fetter som är klart strukturerade, stabila, innehåller mer mättade fettsyror och som frigörs från membran tillsammans med "sponsrade" proteiner. Detta är ett slags personligt skyddande skal för proteiner, utan vilka de helt enkelt inte skulle fungera.

Cellmembranets struktur är treskiktad. I mitten ligger ett relativt homogent flytande bilipidskikt, och proteiner täcker det på båda sidor som en mosaik, som delvis tränger in i tjockleken. Det vill säga att det skulle vara fel att tro att de yttre proteinskikten i cellmembranen är kontinuerliga. Proteiner, förutom deras komplexa funktioner, behövs i membranet för att passera in i cellerna och transportera ut dem de ämnen som inte kan tränga igenom fettskiktet. Till exempel kalium- och natriumjoner. För dem tillhandahålls speciella proteinstrukturer - jonkanaler, som vi kommer att diskutera mer detaljerat nedan.

Om du tittar på cellmembranet genom ett mikroskop kan du se ett lager av lipider som bildas av de minsta sfäriska molekylerna, längs vilka stora proteinceller flyter, som i havet. olika former... Exakt samma membran delar upp varje cells inre utrymme i fack där kärnan, kloroplasterna och mitokondrierna är bekvämt belägna. Om det inte fanns några separata "rum" inuti cellen, skulle organellerna hålla sig till varandra och inte kunna utföra sina funktioner korrekt.

En cell är en uppsättning organeller strukturerade och avgränsade av membran, som deltar i ett komplex av energi, metaboliska, informativa och reproduktiva processer som säkerställer organismens vitala aktivitet.

Som du kan se från denna definition är membranet den viktigaste funktionella komponenten i någon cell. Dess betydelse är lika stor som kärnans, mitokondriernas och andra cellulära organelles betydelse. Och membranets unika egenskaper beror på dess struktur: det består av två filmer som sitter ihop på ett speciellt sätt. Fosfolipidmolekyler i membranet är placerade med hydrofila huvuden utåt och hydrofoba svansar inåt. Därför fuktas den ena sidan av filmen med vatten, medan den andra inte är det. Så dessa filmer är anslutna till varandra med icke-fuktade sidor inåt och bildar ett bilipidskikt omgivet av proteinmolekyler. Detta är själva "sandwich" -strukturen i cellmembranet.

Joniska kanaler i cellmembran

Låt oss närmare överväga principen för drift av jonkanaler. Vad behövs de för? Faktum är att endast fettlösliga ämnen fritt kan tränga igenom lipidmembranet - dessa är gaser, alkoholer och fetter själva. Till exempel, syre och koldioxid utbyts ständigt i röda blodkroppar, och för detta behöver vår kropp inte tillgripa några ytterligare knep. Men hur är det när det är nödvändigt att transportera vattenhaltiga lösningar som natrium- och kaliumsalter genom cellmembranet?

Det skulle vara omöjligt att bana en väg för sådana ämnen i bilipidlagret, eftersom hålen omedelbart skulle dra åt och hålla ihop igen, så är strukturen hos någon fettvävnad. Men naturen hittade som alltid en väg ut ur situationen och skapade speciella proteintransportstrukturer.

Det finns två typer av konduktiva proteiner:

    Transportörer - halvintegrerade proteinpumpar;

    Kanalbildare är integrerade proteiner.

Proteiner av den första typen är delvis nedsänkta i cellmembranets bilipidlager och tittar ut med huvudet, och i närvaro av den nödvändiga substansen börjar de bete sig som en pump: de drar till sig molekylen och suger in den i cellen . Och proteiner av den andra typen, integrerade, har en långsträckt form och är belägna vinkelrätt mot cellmembranets bilipidlager och tränger igenom det genom och igenom. Längs dem, som genom tunnlar, rör sig ämnen som inte kan passera genom fett in och ut ur cellen. Det är genom jonkanalerna som kaliumjoner tränger in i cellen och ackumuleras i den, och natriumjoner, tvärtom, avlägsnas utanför. Det finns en skillnad i elektriska potentialer, vilket är så nödvändigt för att alla celler i vår kropp ska fungera korrekt.

De viktigaste slutsatserna om cellmembranens struktur och funktion


En teori ser alltid intressant och lovande ut om den kan användas i praktiken. Upptäckten av strukturen och funktionerna i cellmembranen i människokroppen gjorde det möjligt för forskare att göra ett verkligt genombrott inom vetenskapen i allmänhet, och inom medicinen i synnerhet. Det är ingen slump att vi bodde så detaljerat om jonkanaler, för det är här svaret på en av vår tids viktigaste frågor ligger: varför blir människor allt oftare sjuka av onkologi?

Cancer tar cirka 17 miljoner liv världen över varje år och är den fjärde vanligaste orsaken till alla dödsfall. Enligt WHO ökar cancerfrekvensen stadigt och kan i slutet av 2020 uppgå till 25 miljoner per år.

Vad förklarar denna cancerepidemi, och vad har cellmembrans funktion att göra med den? Du kommer att säga: anledningen är i en dålig miljösituation, felaktig kost, dåliga vanor och svår ärftlighet. Och naturligtvis kommer du att ha rätt, men om vi pratar mer om problemet mer då är orsaken försurningen av människokroppen. Ovanstående negativa faktorer leder till störningar av cellmembran, hämmar andning och näring.

Där det ska finnas ett plus bildas ett minus och cellen kan inte fungera normalt. Men cancerceller behöver varken syre eller en alkalisk miljö - de kan använda en anaerob typ av näring. Därför muterar friska celler under villkor med syrehält och en pH-nivå utanför skalan, som vill anpassa sig till miljö, och bli cancerceller. Så här blir en person sjuk med onkologi. För att undvika detta behöver du bara konsumera tillräckligt med rent vatten dagligen och ge upp cancerframkallande ämnen i maten. Men som regel är människor väl medvetna om skadliga produkter och behovet av högkvalitativt vatten och gör ingenting - de hoppas att problem kommer att kringgå dem.

Genom att känna till egenskaperna hos strukturen och funktionerna hos cellmembranen i olika celler kan läkare använda denna information för att ge riktade, riktade terapeutiska effekter på kroppen. Många moderna mediciner när de kommer in i vår kropp letar de efter rätt ”mål”, som kan vara jonkanaler, enzymer, receptorer och biomarkörer för cellmembran. Denna behandlingsmetod låter dig uppnå bättre resultat med minimala biverkningar.

När de kommer in i blodomloppet dödar inte den senaste generationens antibiotika alla celler i rad, utan de letar efter patogenens celler med fokus på markörer i dess cellmembran. De nyaste anti-migränläkemedlen, triptaner, begränsar endast de inflammerade blodkärlen i hjärnan, med nästan ingen effekt på hjärtat och det perifera cirkulationssystemet. Och de känner igen de nödvändiga kärlen exakt av proteinerna i deras cellmembran. Det finns många sådana exempel, så det är säkert att säga att kunskap om cellmembraners struktur och funktioner ligger bakom utvecklingen av modern medicinsk vetenskap och räddar miljontals liv varje år.


Utbildning: Moskva läkarinstitut. IM Sechenov, specialitet - "Allmän medicin" 1991, 1993 "Yrkessjukdomar", 1996 "Terapi".