1 strat de celule scufundate și o membrană. Importanța canalelor ionice membranare

Celulă- acesta nu este doar un lichid, enzime și alte substanțe, ci și structuri extrem de organizate numite organite intracelulare. Organelele pentru o celulă nu sunt mai puțin importante decât componentele sale chimice. Deci, în absența organelelor precum mitocondriile, aportul de energie extras din nutrienți va scădea imediat cu 95%.

Majoritatea organelelor dintr-o celulă sunt acoperite membranelor compusă în principal din lipide și proteine. Există membrane de celule, reticul endoplasmatic, mitocondrii, lizozomi, aparat Golgi.

Lipidele sunt insolubile în apă, astfel încât creează o barieră în celulă care împiedică mișcarea apei și a substanțelor solubile în apă dintr-un compartiment în altul. Moleculele de proteine ​​fac totuși membrana permeabilă la diferite substanțe prin structuri specializate numite pori. Multe alte proteine ​​​​de membrană sunt enzime care catalizează numeroase reacții chimice, despre care vor fi discutate în capitolele următoare.

Membrana celulara (sau plasmatica). este o structură subțire, flexibilă și elastică cu o grosime de numai 7,5-10 nm. Constă în principal din proteine ​​și lipide. Raportul aproximativ al componentelor sale este următorul: proteine ​​- 55%, fosfolipide - 25%, colesterol - 13%, alte lipide - 4%, carbohidrați - 3%.

stratul lipidic al membranei celulareîmpiedică pătrunderea apei. Baza membranei este un strat dublu lipidic - un film lipidic subțire format din două monostraturi și care acoperă complet celula. De-a lungul membranei sunt proteine ​​sub formă de globule mari.

dublu strat lipidic constă în principal din molecule de fosfolipide. Un capăt al unei astfel de molecule este hidrofil, adică. solubil în apă (pe ea se află o grupare fosfat), celălalt este hidrofob, adică. solubil numai in grasimi (contine un acid gras).

Datorită faptului că partea hidrofobă a moleculei fosfolipide respinge apa, dar sunt atrase de părți similare ale acelorași molecule, fosfolipidele au proprietatea naturală de a se atașa între ele în grosimea membranei, așa cum se arată în Fig. 2-3. Partea hidrofilă cu o grupare fosfat formează două suprafețe membranare: cea exterioară, care este în contact cu lichidul extracelular, și cea interioară, care este în contact cu lichidul intracelular.

Stratul lipidic mediu impermeabil la ioni și soluții apoase de glucoză și uree. Substanțele solubile în grăsimi, inclusiv oxigenul, dioxidul de carbon, alcoolul, dimpotrivă, pătrund ușor în această zonă a membranei.

molecule colesterolul, care face parte din membrană, este, de asemenea, în mod natural lipide, deoarece grupul lor de steroizi are o solubilitate ridicată în grăsimi. Aceste molecule par a fi dizolvate în stratul dublu lipidic. Scopul lor principal este reglarea permeabilității (sau impermeabilității) membranelor pentru componentele solubile în apă ale fluidelor corporale. În plus, colesterolul este principalul regulator al vâscozității membranei.

Proteinele membranei celulare. În figură, particulele globulare sunt vizibile în stratul dublu lipidic - acestea sunt proteine ​​​​de membrană, dintre care majoritatea sunt glicoproteine. Există două tipuri de proteine ​​membranare: (1) integrale, care pătrund prin membrană; (2) periferice, care ies doar deasupra unei suprafețe fără a ajunge pe cealaltă.

Multe proteine ​​integrale formează canale (sau pori) prin care apa și substanțele solubile în apă, în special ionii, pot difuza în fluidul intra și extracelular. Datorită selectivității canalelor, unele substanțe difuzează mai bine decât altele.

Alte proteine ​​integrale funcţionează ca proteine ​​purtătoare, realizând transportul de substanţe pentru care stratul dublu lipidic este impermeabil. Uneori proteinele purtătoare acționează în direcția opusă difuziei, astfel de transport se numește activ. Unele proteine ​​integrale sunt enzime.

Proteine ​​membranare integrale poate servi și ca receptori pentru substanțele solubile în apă, inclusiv hormonii peptidici, deoarece membrana este impermeabilă la acestea. Interacțiunea unei proteine ​​receptor cu un anumit ligand duce la modificări conformaționale ale moleculei proteice, care, la rândul lor, stimulează activitatea enzimatică a segmentului intracelular al moleculei proteice sau transmiterea semnalului de la receptor în celulă folosind un al doilea mesager. Astfel, proteinele integrale încorporate în membrana celulară o implică în procesul de transfer de informații despre mediul extern în celulă.

Molecule de proteine ​​ale membranei periferice adesea asociate cu proteine ​​integrale. Majoritatea proteinelor periferice sunt enzime sau joacă rolul unui dispecer pentru transportul substanțelor prin porii membranei.

membrana celulara numită și membrană plasmatică (sau citoplasmatică) și plasmalemă. Această structură nu numai că separă conținutul intern al celulei de mediul extern, dar intră și în compoziția majorității organitelor celulare și a nucleului, separându-le la rândul său de hialoplasmă (citosol) - partea vâscos-lichid a citoplasmei. Să fim de acord să sunăm membrana citoplasmatica una care separă conținutul celulei de mediul extern. Termenii rămași se referă la toate membranele.

Baza structurii membranei celulare (biologice) este un strat dublu de lipide (grăsimi). Formarea unui astfel de strat este asociată cu caracteristicile moleculelor lor. Lipidele nu se dizolvă în apă, ci se condensează în ea în felul lor. O parte a unei singure molecule de lipide este un cap polar (este atras de apă, adică hidrofil), iar cealaltă este o pereche de cozi lungi nepolare (această parte a moleculei este respinsă de apă, adică hidrofobă) . Această structură a moleculelor îi face să-și „ascundă” coada de apă și să-și întoarcă capetele polare către apă.

Ca urmare, se formează un strat dublu lipidic, în care cozile nepolare sunt în interior (una față de alta), iar capetele polare sunt orientate spre exterior (spre mediul extern și citoplasmă). Suprafața unei astfel de membrane este hidrofilă, dar în interior este hidrofobă.

În membranele celulare, fosfolipidele predomină printre lipide (sunt lipide complexe). Capetele lor conțin un reziduu de acid fosforic. Pe lângă fosfolipide, există glicolipide (lipide + carbohidrați) și colesterol (aparține sterolilor). Acesta din urmă conferă membranei rigiditate, fiind situat în grosimea ei între cozile lipidelor rămase (colesterolul este complet hidrofob).

Datorită interacțiunii electrostatice, anumite molecule proteice sunt atașate de capetele încărcate ale lipidelor, care devin proteine ​​membranare de suprafață. Alte proteine ​​interacționează cu cozile nepolare, se scufundă parțial în stratul dublu sau îl pătrund prin și prin el.

Astfel, membrana celulară este formată dintr-un strat dublu de lipide, proteine ​​de suprafață (periferice), imersate (semi-integrale) și penetrante (integrale). În plus, unele proteine ​​și lipide din exteriorul membranei sunt asociate cu lanțuri de carbohidrați.

Acest model mozaic fluid al structurii membranei a fost propusă în anii 70 ai secolului XX. Înainte de aceasta, a fost presupus un model sandwich al structurii, conform căruia stratul dublu lipidic este situat în interior, iar în interior și în exterior membrana este acoperită cu straturi continue de proteine ​​de suprafață. Cu toate acestea, acumularea de date experimentale a infirmat această ipoteză.

Grosimea membranelor din diferite celule este de aproximativ 8 nm. Membranele (chiar și fețele diferite ale uneia) diferă între ele în procentul diferitelor tipuri de lipide, proteine, activitate enzimatică etc. Unele membrane sunt mai lichide și mai permeabile, altele sunt mai dense.

Rupele membranei celulare se îmbină cu ușurință datorită caracteristicilor fizico-chimice ale stratului dublu lipidic. În planul membranei, lipidele și proteinele (cu excepția cazului în care sunt fixate de citoschelet) se mișcă.

Funcțiile membranei celulare

Majoritatea proteinelor scufundate în membrana celulară îndeplinesc o funcție enzimatică (sunt enzime). Adesea (în special în membranele organelelor celulare) enzimele sunt aranjate într-o anumită secvență, astfel încât produsele de reacție catalizate de o enzimă trec la a doua, apoi la a treia etc. Se formează un transportor care stabilizează proteinele de suprafață, deoarece nu permite enzimelor să înoate de-a lungul stratului dublu lipidic.

Membrana celulară îndeplinește o funcție de delimitare (barieră) față de mediu și în același timp o funcție de transport. Se poate spune că acesta este scopul său cel mai important. Membrana citoplasmatică, având rezistență și permeabilitate selectivă, menține constanta compoziției interne a celulei (homeostazia și integritatea acesteia).

În acest caz, transportul substanțelor are loc în diferite moduri. Transportul de-a lungul unui gradient de concentrație presupune deplasarea substanțelor dintr-o zonă cu o concentrație mai mare într-o zonă cu una mai mică (difuzie). Deci, de exemplu, gazele difuze (CO 2, O 2).

Există și transport împotriva gradientului de concentrație, dar cu cheltuirea energiei.

Transportul este pasiv și ușor (când îl ajută un transportator). Difuzia pasivă prin membrana celulară este posibilă pentru substanțele solubile în grăsimi.

Există proteine ​​speciale care fac membranele permeabile la zaharuri și alte substanțe solubile în apă. Acești purtători se leagă de moleculele transportate și le trage prin membrană. Acesta este modul în care glucoza este transportată în celulele roșii din sânge.

Proteinele spanning, atunci când sunt combinate, pot forma un por pentru mișcarea anumitor substanțe prin membrană. Astfel de purtători nu se mișcă, ci formează un canal în membrană și funcționează similar enzimelor, legând o substanță specifică. Transferul se realizează datorită unei modificări a conformației proteinei, datorită căreia se formează canale în membrană. Un exemplu este pompa de sodiu-potasiu.

Funcția de transport a membranei celulare eucariote se realizează și prin endocitoză (și exocitoză). Datorită acestor mecanisme, molecule mari de biopolimeri, chiar și celule întregi, intră în celulă (și din ea). Endo- și exocitoza nu sunt caracteristice tuturor celulelor eucariote (procariotele nu o au deloc). Deci endocitoza se observă la protozoare și nevertebrate inferioare; la mamifere, leucocitele și macrofagele absorb substanțe și bacterii nocive, adică endocitoza îndeplinește o funcție de protecție pentru organism.

Endocitoza se împarte în fagocitoză(citoplasma învelește particule mari) și pinocitoza(captarea picăturilor lichide cu substanțe dizolvate în el). Mecanismul acestor procese este aproximativ același. Substanțele absorbite de pe suprafața celulei sunt înconjurate de o membrană. Se formează o veziculă (fagocitară sau pinocitară), care apoi se deplasează în celulă.

Exocitoza este îndepărtarea substanțelor din celulă de către membrana citoplasmatică (hormoni, polizaharide, proteine, grăsimi etc.). Aceste substanțe sunt închise în vezicule membranare care se potrivesc cu membrana celulară. Ambele membrane se contopesc, iar conținutul se află în afara celulei.

Membrana citoplasmatică îndeplinește o funcție de receptor. Pentru a face acest lucru, pe partea sa exterioară există structuri care pot recunoaște un stimul chimic sau fizic. Unele dintre proteinele care pătrund în plasmalemă sunt conectate extern la lanțuri de polizaharide (formând glicoproteine). Aceștia sunt receptori moleculari specifici care captează hormoni. Când un anumit hormon se leagă de receptorul său, își schimbă structura. Aceasta, la rândul său, declanșează mecanismul de răspuns celular. În același timp, canalele se pot deschide și anumite substanțe pot începe să intre în celulă sau să fie îndepărtate din ea.

Funcția receptorilor membranelor celulare a fost bine studiată pe baza acțiunii hormonului insulinei. Când insulina se leagă de receptorul său de glicoproteină, partea catalitică intracelulară a acestei proteine ​​(enzima adenilat ciclază) este activată. Enzima sintetizează AMP ciclic din ATP. Deja activează sau inhibă diverse enzime ale metabolismului celular.

Funcția de receptor a membranei citoplasmatice include și recunoașterea celulelor vecine de același tip. Astfel de celule sunt atașate între ele prin diferite contacte intercelulare.

În țesuturi, cu ajutorul contactelor intercelulare, celulele pot face schimb de informații între ele folosind substanțe cu greutate moleculară mică, special sintetizate. Un exemplu de astfel de interacțiune este inhibarea contactului, atunci când celulele încetează să crească după ce primesc informații că spațiul liber este ocupat.

Contactele intercelulare sunt simple (membranele diferitelor celule sunt adiacente una cu cealaltă), blocare (invaginarea membranei unei celule în alta), desmozomi (când membranele sunt conectate prin mănunchiuri de fibre transversale care pătrund în citoplasmă). În plus, există o variantă a contactelor intercelulare datorate mediatorilor (intermediarilor) - sinapsele. În ele, semnalul este transmis nu numai chimic, ci și electric. Sinapsele transmit semnale între celulele nervoase, precum și de la nerv la mușchi.

9.5.1. Una dintre funcțiile principale ale membranelor este participarea la transportul substanțelor. Acest proces este asigurat de trei mecanisme principale: difuzie simplă, difuzie facilitată și transport activ (Figura 9.10). Amintiți-vă cele mai importante caracteristici ale acestor mecanisme și exemple de substanțe transportate în fiecare caz.

Figura 9.10. Mecanisme de transport al moleculelor prin membrană

difuzie simplă- transferul de substanțe prin membrană fără participarea unor mecanisme speciale. Transportul are loc de-a lungul unui gradient de concentrație fără consum de energie. Biomoleculele mici - H2O, CO2, O2, uree, substanțe hidrofobe cu greutate moleculară mică sunt transportate prin difuzie simplă. Viteza difuziei simple este proporțională cu gradientul de concentrație.

Difuzare facilitată- transferul de substante prin membrana folosind canale proteice sau proteine ​​transportoare speciale. Se efectuează de-a lungul gradientului de concentrație fără consum de energie. Sunt transportate monozaharide, aminoacizi, nucleotide, glicerol, unii ioni. Cinetica de saturație este caracteristică - la o anumită concentrație (saturatoare) a substanței transferate, toate moleculele purtătoare iau parte la transfer, iar viteza de transport atinge o valoare limită.

transport activ- necesită, de asemenea, participarea proteinelor purtătoare speciale, dar transferul are loc împotriva unui gradient de concentrație și, prin urmare, necesită energie. Cu ajutorul acestui mecanism, ionii Na+, K+, Ca2+, Mg2+ sunt transportați prin membrana celulară, iar protonii prin membrana mitocondrială. Transportul activ al substanțelor se caracterizează prin cinetică de saturație.

9.5.2. Un exemplu de sistem de transport care efectuează transport activ de ioni este Na+,K+ -adenozin trifosfataza (Na+,K+ -ATPaza sau Na+,K+ -pompa). Această proteină este situată în grosimea membranei plasmatice și este capabilă să catalizeze reacția de hidroliză a ATP. Energia eliberată în timpul hidrolizei unei molecule de ATP este utilizată pentru a transfera 3 ioni Na + din celulă în spațiul extracelular și 2 ioni K + în direcția opusă (Figura 9.11). Ca urmare a acțiunii Na + , K + -ATPazei, se creează o diferență de concentrație între citosolul celulei și fluidul extracelular. Deoarece transportul ionilor este neechivalent, apare o diferență de potențiale electrice. Astfel, apare un potențial electrochimic, care este suma energiei diferenței de potențiale electrice Δφ și a energiei diferenței de concentrații de substanțe ΔС pe ambele părți ale membranei.

Figura 9.11. Schema pompei Na+, K+.

9.5.3. Transfer prin membrane de particule și compuși macromoleculari

Alături de transportul substanțelor organice și al ionilor efectuat de purtători, există în celulă un mecanism cu totul special conceput pentru a absorbi și elimina compușii macromoleculari din celulă prin schimbarea formei biomembranei. Un astfel de mecanism se numește transport vezicular.

Figura 9.12. Tipuri de transport vezicular: 1 - endocitoza; 2 - exocitoză.

În timpul transferului de macromolecule, are loc formarea secvențială și fuziunea veziculelor (veziculelor) înconjurate de o membrană. După direcția de transport și natura substanțelor transferate, se disting următoarele tipuri de transport vezicular:

Endocitoza(Figura 9.12, 1) - transferul de substanțe în celulă. În funcție de dimensiunea veziculelor rezultate, există:

A) pinocitoza - absorbtia macromoleculelor lichide si dizolvate (proteine, polizaharide, acizi nucleici) folosind bule mici (150 nm in diametru);

b) fagocitoză — absorbția particulelor mari, cum ar fi microorganismele sau resturile celulare. În acest caz, se formează vezicule mari, numite fagozomi cu un diametru mai mare de 250 nm.

Pinocitoza este caracteristică majorității celulelor eucariote, în timp ce particulele mari sunt absorbite de celulele specializate - leucocite și macrofage. În prima etapă a endocitozei, substanțele sau particulele sunt adsorbite pe suprafața membranei; acest proces are loc fără consum de energie. În etapa următoare, membrana cu substanța adsorbită se adâncește în citoplasmă; invaginările locale rezultate ale membranei plasmatice sunt împletite de la suprafața celulei, formând vezicule, care apoi migrează în celulă. Acest proces este conectat printr-un sistem de microfilamente și este dependent de energie. Veziculele și fagozomii care intră în celulă pot fuziona cu lizozomii. Enzimele conținute în lizozomi descompun substanțele conținute în vezicule și fagozomi în produse cu greutate moleculară mică (aminoacizi, monozaharide, nucleotide), care sunt transportate în citosol, unde pot fi utilizate de către celulă.

exocitoză(Figura 9.12, 2) - transferul de particule și compuși mari din celulă. Acest proces, ca și endocitoza, continuă cu absorbția de energie. Principalele tipuri de exocitoză sunt:

A) secreţie - îndepărtarea din celulă a compușilor solubili în apă care sunt utilizați sau afectează alte celule ale corpului. Poate fi realizat atât de celule nespecializate, cât și de celule ale glandelor endocrine, membrana mucoasă a tractului gastro-intestinal, adaptată pentru secreția substanțelor pe care le produc (hormoni, neurotransmițători, proenzime), în funcție de nevoile specifice ale corpul.

Proteinele secretate sunt sintetizate pe ribozomi asociați cu membranele reticulului endoplasmatic rugos. Aceste proteine ​​sunt apoi transportate în aparatul Golgi, unde sunt modificate, concentrate, sortate și apoi împachetate în vezicule, care sunt scindate în citosol și ulterior fuzionează cu membrana plasmatică, astfel încât conținutul veziculelor să fie în afara celulei.

Spre deosebire de macromolecule, particulele mici secretate, cum ar fi protonii, sunt transportate din celulă folosind mecanisme de difuzie facilitată și transport activ.

b) excreţie - îndepărtarea din celulă a substanțelor care nu pot fi utilizate (de exemplu, îndepărtarea unei substanțe reticulare din reticulocite în timpul eritropoiezei, care este o rămășiță agregată de organite). Mecanismul de excreție, aparent, constă în faptul că la început particulele excretate se află în vezicula citoplasmatică, care apoi se contopește cu membrana plasmatică.

Scurta descriere:

Sazonov V.F. 1_1 Structura membranei celulare [Resursa electronică] // Kinesiolog, 2009-2018: [site web]. Data actualizării: 06.02.2018..__.201_). _Se descrie structura si functionarea membranei celulare (sinonime: plasmalema, plasmolema, biomembrana, membrana celulara, membrana celulara exterioara, membrana celulara, membrana citoplasmatica). Această informație inițială este necesară atât pentru citologie, cât și pentru înțelegerea proceselor activității nervoase: excitație nervoasă, inhibiție, activitatea sinapselor și a receptorilor senzoriali.

membrana celulara (plasma A lema sau plasma O lema)

Definirea conceptului

Membrana celulară (sinonime: plasmalemă, plasmolemă, membrană citoplasmatică, biomembrană) este o membrană triplă lipoproteică (adică „grăsime-proteină”) care separă celula de mediu și realizează un schimb controlat și o comunicare între celulă și mediul ei.

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

O membrană biologică este o peliculă bimoleculară ultrasubțire de fosfolipide încrustate cu proteine ​​și polizaharide. Această structură celulară stă la baza proprietăților de barieră, mecanice și de matrice ale unui organism viu (Antonov VF, 1996).

Reprezentare figurativă a membranei

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

Proprietățile membranei

1. Permeabilitatea.

2. Semi-permeabilitate (permeabilitate parțială).

3. Permeabilitatea selectivă (sinonim: selectivă).

4. Permeabilitatea activă (sinonim: transport activ).

5. Permeabilitatea controlată.

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

6. Fagocitoza si pinocitoza.

7. Exocitoza.

8. Prezența potențialelor electrice și chimice, mai precis, diferența de potențial dintre părțile interioare și exterioare ale membranei. Figurat, se poate spune asta „membrana transformă celula într-o „baterie electrică” prin controlul fluxurilor de ioni”. Detalii: .

9. Modificări ale potențialului electric și chimic.

10. Iritabilitate. Receptorii moleculari speciali localizați pe membrană se pot conecta cu substanțe de semnal (de control), în urma cărora starea membranei și a întregii celule se pot schimba. Receptorii moleculari declanșează reacții biochimice ca răspuns la combinația de liganzi (substanțe de control) cu aceștia. Este important de menționat că substanța de semnalizare acționează asupra receptorului din exterior, în timp ce modificările continuă în interiorul celulei. Se dovedește că membrana a transmis informații din mediu către mediul intern al celulei.

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

12. Modificarea formei suprafeței și a zonei acesteia. Acest lucru permite membranei să formeze excrescențe sau, dimpotrivă, invaginări în celulă.

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

14. Aderență - capacitatea de a se lipi de suprafețe solide.

Scurtă listă a proprietăților membranei

• Permeabilitate.
• Endocitoză, exocitoză, transcitoză.
• Potenţiale.
• Iritabilitate.
• activitate enzimatică.
• Contacte.
• Adeziune.

Funcțiile membranei

1. Izolarea incompletă a conținutului intern de mediul extern.

2. Principalul lucru în activitatea membranei celulare este schimb valutar variat substante între celulă și mediul extracelular. Acest lucru se datorează proprietății membranei precum permeabilitatea. În plus, membrana reglează acest schimb reglându-i permeabilitatea.

3. O altă funcție importantă a membranei este creând o diferență de potențial chimic și electric între laturile sale interioare și exterioare. Datorită acestui fapt, în interiorul celulei are un potențial electric negativ -.

4. Prin membrană se realizează de asemenea schimb de informatii între celulă și mediul ei. Receptorii moleculari speciali localizați pe membrană se pot lega de substanțe de control (hormoni, mediatori, modulatori) și declanșează reacții biochimice în celulă, ducând la diferite modificări în celulă sau în structurile acesteia.

Video:Structura membranei celulare

Preluare video:Detalii despre structura membranei și transport

Structura membranei

Membrana celulară are un universal trei straturi structura. Stratul său median de grăsime este continuu, iar straturile superioare și inferioare de proteine ​​îl acoperă sub forma unui mozaic de zone proteice individuale. Stratul de grasime este baza care asigura izolarea celulei de mediu, izoland-o de mediu. De la sine, trece foarte slab substanțele solubile în apă, dar trece cu ușurință pe cele solubile în grăsimi. Prin urmare, permeabilitatea membranei pentru substanțele solubile în apă (de exemplu, ioni) trebuie să fie asigurată cu structuri proteice speciale - și.

Mai jos sunt microfotografii ale membranelor celulare reale ale celulelor aflate în contact, obținute cu ajutorul unui microscop electronic, precum și un desen schematic care arată membrana cu trei straturi și natura mozaic a straturilor sale de proteine. Pentru a mări o imagine, faceți clic pe ea.

Imagine separată a stratului lipidic (gras) interior al membranei celulare, pătruns cu proteine ​​integrate. Straturile de proteine ​​superioare și inferioare sunt îndepărtate pentru a nu interfera cu luarea în considerare a stratului dublu lipidic

Figura de mai sus: O reprezentare schematică incompletă a membranei celulare (peretele celular) din Wikipedia.

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

În această figură, bile mici de culoare albastră și albă corespund „capetelor” hidrofile (umezicabile) ale lipidelor, iar „cozile” atașate acestora corespund „cozilor” hidrofobe (neumabile). Dintre proteine, sunt prezentate numai proteinele membranare integrale de la capăt la capăt (globule roșii și elice galbene). Punctele ovale galbene din interiorul membranei sunt molecule de colesterol. Lanțurile galben-verzui de margele de pe exteriorul membranei sunt lanțuri de oligozaharide care formează glicocalixul. Glycocalyx este ca un carbohidrat („zahăr”) „puf” de pe membrană, format din molecule lungi de carbohidrați-proteine ​​care ies din ea.

Living este un mic „sac de proteine ​​​​-grăsimi” umplut cu conținut semi-lichid asemănător jeleului, care este pătruns de filme și tuburi.

Pereții acestui sac sunt formați dintr-un film dublu gras (lipidic), acoperit în interior și în exterior cu proteine ​​- membrana celulară. Prin urmare, se spune că membrana are structura cu trei straturi : proteine-grăsimi-proteine. În interiorul celulei există și multe membrane grase similare care împart spațiul său intern în compartimente. Organelele celulare sunt înconjurate de aceleași membrane: nucleu, mitocondrii, cloroplaste. Deci membrana este o structură moleculară universală inerentă tuturor celulelor și tuturor organismelor vii.

În stânga - nu mai este un model real, ci artificial al unei bucăți de membrană biologică: acesta este un instantaneu al unui dublu strat de fosfolipide adipoase (adică un strat dublu) în procesul de modelare a dinamicii sale moleculare. Celula de calcul a modelului este afișată - 96 molecule PQ ( f osfatidil X oline) și 2304 molecule de apă, total 20544 atomi.

În dreapta este un model vizual al unei singure molecule a aceleiași lipide, din care este asamblat stratul dublu lipidic al membranei. Are un cap hidrofil (iubitor de apă) în partea de sus și două cozi hidrofobe (de frică de apă) în partea de jos. Această lipidă are o denumire simplă: 1-steroil-2-docosahexaenoil-Sn-glicero-3-fosfatidilcolină (18:0/22:6(n-3)cis PC), dar nu trebuie să o memorezi decât dacă planifică să-ți faci profesorul să leșine cu profunzimea cunoștințelor tale.

Puteți oferi o definiție științifică mai precisă a unei celule:

este un sistem eterogen ordonat, structurat de biopolimeri, limitat de o membrană activă, participând la un singur set de procese metabolice, energetice și informaționale și, de asemenea, menținând și reproducând întregul sistem în ansamblu.

In interiorul celulei este patrunsa si de membrane, iar intre membrane nu se afla apa, ci un gel/sol vascos de densitate variabila. Prin urmare, moleculele care interacționează în celulă nu plutesc liber, ca într-o eprubetă cu o soluție apoasă, ci se așează în mare parte (imobilizate) pe structurile polimerice ale citoscheletului sau membranelor intracelulare. Și, prin urmare, reacțiile chimice au loc în interiorul celulei aproape ca într-un corp solid, și nu într-un lichid. Membrana exterioară care înconjoară celula este, de asemenea, acoperită cu enzime și receptori moleculari, ceea ce o face o parte foarte activă a celulei.

Membrana celulară (plasmalema, plasmolema) este o înveliș activă care separă celula de mediu și o conectează cu mediul. © Sazonov V.F., 2016.

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

Grăsimea care alcătuiește membranele este specială, așa că moleculele sale sunt de obicei numite nu doar grăsime, ci lipide, fosfolipide, sfingolipide. Filmul cu membrană este dublu, adică este format din două filme lipite împreună. Prin urmare, manualele scriu că baza membranei celulare este formată din două straturi lipidice (sau " dublu strat", adică strat dublu). Pentru fiecare strat lipidic individual, o parte poate fi umezită cu apă, iar cealaltă nu. Deci, aceste filme se lipesc unele de altele tocmai prin părțile lor neumezite.

membrana bacteriilor

Învelișul unei celule procariote de bacterii gram-negative este format din mai multe straturi, prezentate în figura de mai jos.
Straturi ale învelișului bacteriilor gram-negative:
1. Membrana citoplasmatică interioară cu trei straturi, care este în contact cu citoplasma.
2. Peretele celular, care constă din mureină.
3. Membrana citoplasmatică exterioară cu trei straturi, care are același sistem de lipide cu complexe proteice ca și membrana interioară.
Comunicarea celulelor bacteriene gram-negative cu lumea exterioară printr-o structură atât de complexă în trei etape nu le oferă un avantaj în supraviețuirea în condiții dure în comparație cu bacteriile gram-pozitive care au o înveliș mai puțin puternică. Tolerează la fel de prost temperaturile ridicate, aciditatea ridicată și căderile de presiune.

Preluare video:Membrană plasmatică. E.V. Cheval, Ph.D.

Preluare video:Membrana ca limită celulară. A. Ilyaskin

Importanța canalelor ionice membranare

Este ușor de înțeles că numai substanțele liposolubile pot pătrunde în celulă prin pelicula grasă membranară. Acestea sunt grăsimi, alcooli, gaze. De exemplu, în eritrocite, oxigenul și dioxidul de carbon trec cu ușurință în interior și în afara direct prin membrană. Dar apa și substanțele solubile în apă (de exemplu, ionii) pur și simplu nu pot trece prin membrană în nicio celulă. Aceasta înseamnă că au nevoie de găuri speciale. Dar dacă faci doar o gaură în filmul gras, atunci se va strânge imediat înapoi. Ce să fac? S-a găsit o soluție în natură: este necesar să se facă structuri speciale de transport de proteine ​​și să le întindă prin membrană. Așa se obțin canalele pentru trecerea substanțelor insolubile în grăsimi - canalele ionice ale membranei celulare.

Deci, pentru a conferi membranei sale proprietăți suplimentare de permeabilitate pentru moleculele polare (ioni și apă), celula sintetizează proteine ​​speciale în citoplasmă, care sunt apoi integrate în membrană. Sunt de două feluri: proteine ​​transportoare (de exemplu, transport ATPaze) și proteine ​​care formează canale (formatori de canale). Aceste proteine ​​sunt înglobate în stratul dublu gras al membranei și formează structuri de transport sub formă de transportoare sau sub formă de canale ionice. Prin aceste structuri de transport pot trece acum diverse substanțe solubile în apă, care altfel nu pot trece prin pelicula membranei grase.

În general, proteinele înglobate în membrană se mai numesc integrală, tocmai pentru că sunt, parcă, incluse în compoziția membranei și o pătrund prin și prin cap. Alte proteine, neintegrale, formează, parcă, insule care „plutesc” pe suprafața membranei: fie de-a lungul suprafeței sale exterioare, fie de-a lungul celei interioare. La urma urmei, toată lumea știe că grăsimea este un lubrifiant bun și este ușor să aluneci pe ea!

concluzii

1. În general, membrana este în trei straturi:

1) stratul exterior de „insule” proteice

2) „mare” cu două straturi grase (dublu strat lipidic), i.e. film dublu lipidic

3) stratul interior de „insule” proteice.

Dar există și un strat exterior liber - glicocalixul, care este format din glicoproteinele care ies din membrană. Sunt receptori moleculari de care se leagă controalele de semnalizare.

2. Structuri speciale de proteine ​​sunt construite în membrană, asigurându-i permeabilitatea la ioni sau alte substanțe. Nu trebuie să uităm că în unele locuri marea de grăsime este pătrunsă de proteine ​​​​integrale. Și proteinele integrale se formează speciale structuri de transport membrana celulară (vezi secțiunea 1_2 Mecanisme de transport prin membrană). Prin ele, substanțele pătrund în celulă și sunt, de asemenea, îndepărtate din celulă spre exterior.

3. Proteinele enzimatice pot fi localizate pe orice parte a membranei (exterior și interior), precum și în interiorul membranei, care afectează atât starea membranei în sine, cât și viața întregii celule.

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

În medicină, proteinele membranare sunt adesea folosite ca „ținte” pentru medicamente. Receptorii, canalele ionice, enzimele, sistemele de transport acţionează ca astfel de ţinte. Recent, pe lângă membrană, genele ascunse în nucleul celulei au devenit și ținte pentru medicamente.

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

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

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

Are o grosime de 8-12 nm, deci este imposibil să-l examinezi cu un microscop cu lumină. Structura membranei este studiată cu ajutorul unui microscop electronic.

Membrana plasmatică este formată din două straturi de lipide - stratul lipidic sau dublu strat. Fiecare moleculă este alcătuită dintr-un cap hidrofil și o coadă hidrofobă, iar în membranele biologice, lipidele sunt localizate cu capetele spre exterior, cozile spre interior.

Numeroase molecule de proteine ​​sunt scufundate în stratul bilipid. Unele dintre ele se află pe suprafața membranei (externă sau internă), altele pătrund în membrană.

Funcțiile membranei plasmatice

Membrana protejează conținutul celulei de deteriorare, menține forma celulei, trece selectiv substanțele necesare în celulă și elimină produsele metabolice și asigură, de asemenea, comunicarea între celule.

Funcția de barieră, delimitare a membranei asigură un strat dublu de lipide. Nu permite raspandirea continutului celulei, amestecarea cu mediul sau fluidul intercelular si previne patrunderea substantelor periculoase in celula.

O serie dintre cele mai importante funcții ale membranei citoplasmatice sunt îndeplinite datorită proteinelor scufundate în ea. Cu ajutorul proteinelor receptorilor, poate percepe diverse iritații pe suprafața sa. Proteinele de transport formează cele mai subțiri canale prin care potasiul, calciul și alți ioni de diametru mic trec în și din celulă. Proteine ​​- asigură procese vitale în sine.

Particulele mari de alimente care nu sunt capabile să treacă prin canalele subțiri ale membranei intră în celulă prin fagocitoză sau pinocitoză. Numele comun pentru aceste procese este endocitoza.

Cum apare endocitoza - pătrunderea particulelor mari de alimente în celulă

Particula alimentară intră în contact cu membrana exterioară a celulei, iar în acest loc se formează o invaginare. Apoi, particula, înconjurată de o membrană, intră în celulă, se formează una digestivă, iar enzimele digestive pătrund în vezicula formată.

Globulele albe care pot capta și digera bacteriile străine se numesc fagocite.

În cazul pinocitozei, invaginarea membranei nu captează particule solide, ci picături de lichid cu substanțe dizolvate în ea. Acest mecanism este una dintre principalele căi de pătrundere a substanțelor în celulă.

Celulele vegetale acoperite peste membrană cu un strat solid al peretelui celular nu sunt capabile de fagocitoză.

Procesul invers al endocitozei este exocitoza. Substanțele sintetizate (de exemplu, hormonii) sunt împachetate în vezicule membranare, se apropie, sunt încorporate în ea, iar conținutul veziculei este ejectat din celulă. Astfel, celula poate scăpa și de produsele metabolice inutile.