Tipuri de membrane celulare. Compoziția membranei celulare
câmpuri_text
câmpuri_text
săgeată_în sus
Celulele sunt separate de mediul intern al corpului printr-o celulă sau o membrană plasmatică.
Membrana asigură:
1) Pătrunderea selectivă în și din celulă a moleculelor și ionilor necesari pentru îndeplinirea unor funcții celulare specifice;
2) Transportul selectiv al ionilor prin membrană, menținând o diferență de potențial electric transmembranar;
3) Specificitatea contactelor intercelulare.
Datorită prezenței în membrană a numeroși receptori care percep semnale chimice - hormoni, mediatori și alte substanțe biologic active, este capabil să modifice activitatea metabolică a celulei. Membranele oferă specificitatea manifestărilor imune datorită prezenței antigenelor pe ele - structuri care provoacă formarea de anticorpi care se pot lega în mod specific de acești antigene.
Nucleul și organelele celulei sunt, de asemenea, separate de citoplasmă prin membrane, care împiedică mișcarea liberă a apei și a substanțelor dizolvate în ea din citoplasmă în ele și invers. Acest lucru creează condiții pentru separarea proceselor biochimice care au loc în diferite compartimente din interiorul celulei.
Structura membranei celulare
câmpuri_text
câmpuri_text
săgeată_în sus
Membrana celulară este o structură elastică, cu o grosime de 7 până la 11 nm (Fig. 1.1). Constă în principal din lipide și proteine. De la 40 la 90% din toate lipidele sunt fosfolipide - fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, sfingomielina si fosfatidilinozitol. O componentă importantă a membranei sunt glicolipidele, reprezentate de cerebrozide, sulfatide, gangliozide și colesterol.
Orez. 1.1 Organizarea membranei.
Structura de bază a membranei celulare este un strat dublu de molecule de fosfolipide. Datorită interacțiunilor hidrofobe, lanțurile de carbohidrați ale moleculelor de lipide sunt ținute unul lângă celălalt într-o stare alungită. Grupuri de molecule de fosfolipide ale ambelor straturi interacționează cu moleculele proteice scufundate în membrana lipidică. Datorită faptului că majoritatea componentelor lipidice ale stratului dublu sunt în stare lichidă, membrana are mobilitate și face mișcări asemănătoare undelor. Secțiunile sale, precum și proteinele scufundate în stratul dublu lipidic, sunt amestecate dintr-o parte în alta. Mobilitatea (fluiditatea) membranelor celulare facilitează procesele de transport al substanțelor prin membrană.
Proteinele membranei celulare sunt reprezentate în principal de glicoproteine. Sunt:
proteine integrale, pătrunzând prin toată grosimea membranei și
proteinele periferice, atașat numai de suprafața membranei, în principal de partea interioară a acesteia.
Proteine periferice aproape toate funcționează ca enzime (acetilcolinesteraza, fosfataze acide și de mătase etc.). Dar unele enzime sunt reprezentate și de proteine integrale - ATPaza.
Proteine integrale asigură schimb selectiv de ioni prin canalele membranare între fluidul extracelular și intracelular și, de asemenea, acționează ca proteine care transportă molecule mari.
Receptorii de membrană și antigenii pot fi reprezentați atât de proteine integrale cât și periferice.
Proteinele adiacente membranei din partea citoplasmatică sunt clasificate ca citoscheletul celular . Se pot atasa de proteinele membranare.
Asa de, banda proteica 3 (numărul benzii în timpul electroforezei proteinelor) membranelor eritrocitare este combinat într-un ansamblu cu alte molecule citoscheletice - spectrina prin proteina cu greutate moleculară mică anchirina (Fig. 1.2).
Orez. 1.2 Schema de aranjare a proteinelor în citoscheletul aproape membranar al eritrocitelor.1 - spectrin; 2 - anchirina; 3 - proteina benzii 3; 4 - banda proteica 4.1; 5 - proteină de bandă 4,9; 6 - oligomer de actină; 7 - proteina 6; 8 - gpicoforin A; 9 - membrana.
Spectrină este o proteină citoscheletică majoră care constituie o rețea bidimensională de care este atașată actina.
Actină formează microfilamente, care sunt aparatul contractil al citoscheletului.
Citoscheletul permite celulei să prezinte proprietăți flexibil-elastice și oferă o rezistență suplimentară membranei.
Majoritatea proteinelor integrale sunt glicoproteine. Partea lor de carbohidrați iese din membrana celulară spre exterior. Multe glicoproteine au o sarcină negativă mare datorită conținutului lor semnificativ de acid sialic (de exemplu, molecula de glicoforină). Acest lucru oferă suprafețelor majorității celulelor o sarcină negativă, ajutând la respingerea altor obiecte încărcate negativ. Proeminențele de carbohidrați ale glicoproteinelor sunt purtători de antigene ale grupului sanguin, alți determinanți antigenici ai celulei și acționează ca receptori care leagă hormonii. Glicoproteinele formează molecule adezive care fac ca celulele să se atașeze unele de altele, de exemplu. contacte intercelulare strânse.
Caracteristicile metabolismului în membrană
câmpuri_text
câmpuri_text
săgeată_în sus
Componentele membranei sunt supuse multor transformări metabolice sub influența enzimelor situate pe sau în interiorul membranei lor. Acestea includ enzimele oxidative, care joacă un rol important în modificarea elementelor hidrofobe ale membranelor - colesterolul etc. În membrane, când sunt activate enzimele - fosfolipaze - compuși biologic activi - prostaglandine și derivații acestora - se formează din acidul arahidonic. Ca urmare a activării metabolismului fosfolipidelor, în membrană se formează tromboxani și leucotriene, care au un efect puternic asupra aderenței trombocitelor, asupra procesului de inflamație etc.
Procesele de reînnoire a componentelor sale au loc continuu în membrană . Astfel, durata de viață a proteinelor membranare variază de la 2 la 5 zile. Cu toate acestea, există mecanisme în celulă care asigură livrarea moleculelor de proteine nou sintetizate către receptorii de membrană, care facilitează încorporarea proteinei în membrană. „Recunoașterea” acestui receptor de către proteina nou sintetizată este facilitată de formarea unei peptide semnal, care ajută la găsirea receptorului pe membrană.
Lipidele membranare sunt, de asemenea, caracterizate printr-o rată semnificativă de schimb, care necesită cantități mari de acizi grași pentru sinteza acestor componente membranare.
Specificitatea compoziției lipidice a membranelor celulare este influențată de schimbările din mediul uman și de natura dietei sale.
De exemplu, o creștere a acizilor grași dietetici cu legături nesaturate crește starea lichidă a lipidelor din membranele celulare ale diferitelor țesuturi, ceea ce duce la o modificare favorabilă a raportului fosfolipide-sfingomieline și lipide-proteine pentru funcția membranei celulare.
Excesul de colesterol în membrane, dimpotrivă, crește microvâscozitatea stratului lor dublu de molecule de fosfolipide, reducând viteza de difuzie a anumitor substanțe prin membranele celulare.
Alimentele îmbogățite cu vitaminele A, E, C, P îmbunătățesc metabolismul lipidelor din membranele eritrocitare și reduc microvâscozitatea membranei. Aceasta crește deformabilitatea globulelor roșii și facilitează funcția de transport a acestora (Capitolul 6).
Deficiență de acizi grași și colesterolîn alimente perturbă compoziția lipidică și funcțiile membranelor celulare.
De exemplu, deficitul de grăsime perturbă funcțiile membranei neutrofile, care inhibă capacitatea acestora de a se mișca și fagocitoza (captarea și absorbția activă a obiectelor vii străine microscopice și a particulelor de către organismele unicelulare sau unele celule).
În reglarea compoziției lipidice a membranelor și a permeabilității acestora, reglarea proliferării celulare un rol important îl au speciile reactive de oxigen formate în celulă în legătură cu reacțiile metabolice care apar în mod normal (oxidare microzomală etc.).
Specii reactive de oxigen generate- radicalul superoxid (O 2), peroxidul de hidrogen (H 2 O 2), etc sunt substanţe extrem de reactive. Substratul lor principal în reacțiile de oxidare a radicalilor liberi sunt acizii grași nesaturați care fac parte din fosfolipidele membranelor celulare (așa-numitele reacții de peroxidare a lipidelor). Intensificarea acestor reacții poate provoca deteriorarea membranei celulare, a barierei sale, a receptorilor și a funcțiilor metabolice, modificarea moleculelor de acid nucleic și a proteinelor, ceea ce duce la mutații și inactivarea enzimelor.
In conditii fiziologice, intensificarea peroxidarii lipidelor este reglata de sistemul antioxidant al celulelor, reprezentat de enzime care inactiveaza speciile reactive de oxigen - superoxid dismutaza, catalaza, peroxidaza si substante cu activitate antioxidanta - tocoferol (vitamina E), ubichinona etc. efect de protecție pronunțat asupra membranelor celulare (efect citoprotector) cu diverse efecte dăunătoare asupra organismului, prostaglandinele E și J2 au, „stingând” activarea oxidării radicalilor liberi. Prostaglandinele protejează mucoasa gastrică și hepatocitele de deteriorarea chimică, neuronii, celulele neurogliale, cardiomiocitele - de afectarea hipoxică, mușchii scheletici - în timpul activității fizice grele. Prostaglandinele, prin legarea de receptori specifici de pe membranele celulare, stabilizează stratul dublu al acestora din urmă și reduc pierderea de fosfolipide de către membrane.
Funcțiile receptorilor membranari
câmpuri_text
câmpuri_text
săgeată_în sus
Un semnal chimic sau mecanic este mai întâi perceput de receptorii membranei celulare. Consecința acestui fapt este o modificare chimică a proteinelor membranei, care duce la activarea „secunzilor mesageri” care asigură propagarea rapidă a semnalului în celulă către genomul acesteia, enzime, elemente contractile etc.
Transmisia semnalului transmembranar într-o celulă poate fi reprezentată schematic după cum urmează:
1) Receptorul, excitat de semnalul primit, activează proteinele y ale membranei celulare. Acest lucru se întâmplă atunci când se leagă trifosfatul de guanozină (GTP).
2) Interacțiunea complexului GTP-γ-protein, la rândul său, activează enzima - precursorul mesagerilor secundari, situat pe partea interioară a membranei.
Precursorul unui al doilea mesager, cAMP, format din ATP, este enzima adenilat ciclaza;
Precursorul altor mesageri secundari - inozitol trifosfat și diacilglicerol, formați din membrana fosfatidilinozitol-4,5-difosfat, este enzima fosfolipaza C. În plus, inozitol trifosfat mobilizează un alt mesager secundar în celulă - ionii de calciu, care sunt implicați aproape în aproape toate procesele de reglare din celulă. De exemplu, trifosfatul de inozitol rezultat determină eliberarea de calciu din reticulul endoplasmatic și o creștere a concentrației acestuia în citoplasmă, activând astfel diferite forme de răspuns celular. Cu ajutorul trifosfatului de inozitol și diacilglicerolului, funcția mușchilor netezi și a celulelor B ale pancreasului este reglată de acetilcolină, lobul anterior al glandei pituitare de factorul de eliberare a tirogropinei, răspunsul limfocitelor la antigen etc.
În unele celule, rolul unui al doilea mesager este jucat de cGMP, format din GTP cu ajutorul enzimei guanilat ciclază. Acesta servește, de exemplu, ca un al doilea mesager pentru hormonul natriuretic în mușchiul neted al pereților vaselor de sânge. AMPc servește ca mesager secundar pentru mulți hormoni - adrenalină, eritropoietina etc. (Capitolul 3).
Exteriorul celulei este acoperit cu o membrană plasmatică (sau membrană celulară exterioară) de aproximativ 6-10 nm grosime.
Membrana celulară este o peliculă densă de proteine și lipide (în principal fosfolipide). Moleculele de lipide sunt dispuse ordonat - perpendicular pe suprafata, in doua straturi, astfel incat partile lor care interactioneaza intens cu apa (hidrofile) sunt indreptate spre exterior, iar partile lor inerte fata de apa (hidrofobe) sunt indreptate spre interior.
Moleculele de proteine sunt situate într-un strat necontinuu pe suprafața cadrului lipidic pe ambele părți. Unele dintre ele sunt scufundate în stratul lipidic, iar altele trec prin acesta, formând zone permeabile la apă. Aceste proteine îndeplinesc diverse funcții - unele dintre ele sunt enzime, altele sunt proteine de transport implicate în transferul anumitor substanțe din mediu în citoplasmă și în sens invers.
Funcțiile de bază ale membranei celulare
Una dintre principalele proprietăți ale membranelor biologice este permeabilitatea selectivă (semi-permeabilitatea)- unele substante trec cu dificultate prin ele, altele usor si chiar spre concentratii mai mari.Astfel, pentru majoritatea celulelor, concentratia ionilor de Na in interior este semnificativ mai mica decat in mediu. Relația opusă este tipică pentru ionii K: concentrația lor în interiorul celulei este mai mare decât în exterior. Prin urmare, ionii Na tind întotdeauna să pătrundă în celulă, iar ionii K tind întotdeauna să iasă. Egalizarea concentrațiilor acestor ioni este împiedicată de prezența în membrană a unui sistem special care joacă rolul unei pompe, care pompează ionii de Na din celulă și pompează simultan ionii de K în interior.
Tendința ionilor de Na de a se deplasa din exterior în interior este folosită pentru a transporta zaharuri și aminoacizi în celulă. Odată cu îndepărtarea activă a ionilor de Na din celulă, sunt create condiții pentru intrarea glucozei și a aminoacizilor în ea.
![](https://i2.wp.com/animals-world.ru//wp-content/uploads/2018/02/transport-cherez-membranu.jpg)
În multe celule, substanțele sunt absorbite și prin fagocitoză și pinocitoză. La fagocitoză membrana exterioară flexibilă formează o mică depresiune în care cade particulele captate. Această adâncitură crește și, înconjurată de o secțiune a membranei exterioare, particula este scufundată în citoplasma celulei. Fenomenul de fagocitoză este caracteristic amibelor și altor protozoare, precum și leucocitelor (fagocite). Celulele absorb lichidele care conțin substanțe necesare celulei într-un mod similar. Acest fenomen a fost numit pinocitoza.
Membranele exterioare ale diferitelor celule diferă semnificativ atât în compoziția chimică a proteinelor și lipidelor lor, cât și în conținutul lor relativ. Aceste caracteristici determină diversitatea activității fiziologice a membranelor diferitelor celule și rolul lor în viața celulelor și țesuturilor.
Reticulul endoplasmatic al celulei este conectat la membrana exterioară. Cu ajutorul membranelor exterioare, se realizează diferite tipuri de contacte intercelulare, adică. comunicarea dintre celulele individuale.
Multe tipuri de celule se caracterizează prin prezența pe suprafața lor a unui număr mare de proeminențe, pliuri și microvilozități. Ele contribuie atât la creșterea semnificativă a suprafeței celulare, cât și la îmbunătățirea metabolismului, precum și la conexiuni mai puternice între celulele individuale și unele altele.
Celulele vegetale au membrane groase la exteriorul membranei celulare, clar vizibile la microscop optic, constând din fibre (celuloză). Ele creează un suport puternic pentru țesuturile vegetale (lemn).
Unele celule animale au, de asemenea, o serie de structuri externe situate deasupra membranei celulare și au o natură protectoare. Un exemplu este chitina celulelor tegumentare ale insectelor.
Funcțiile membranei celulare (pe scurt)
Funcţie | Descriere |
---|---|
Bariera de protectie | Separă organitele celulelor interne de mediul extern |
de reglementare | Reglează metabolismul dintre conținutul intern al celulei și mediul extern |
Împărțire (compartimentare) | Împărțirea spațiului intern al celulei în blocuri independente (compartimente) |
Energie | - Acumularea si transformarea energiei; - reacții luminoase de fotosinteză în cloroplaste; - Absorbție și secreție. |
Receptor (informațional) | Participă la formarea excitării și la conducerea acesteia. |
Motor | Realizează mișcarea celulei sau a părților sale individuale. |
Membrana celulară exterioară (plasmalema, citolema, membrana plasmatică) a celulelor animale acoperit la exterior (adică pe partea care nu este în contact cu citoplasma) cu un strat de lanțuri de oligozaharide atașate covalent de proteinele membranei (glicoproteine) și, într-o măsură mai mică, de lipide (glicolipide). Acest înveliș cu membrană de carbohidrați se numește glicocalix. Scopul glicocalixului nu este încă foarte clar; se presupune că această structură ia parte la procesele de recunoaștere intercelulară.
În celulele vegetale Pe partea superioară a membranei celulare exterioare există un strat dens de celuloză cu pori, prin care comunicarea dintre celulele învecinate are loc prin punți citoplasmatice.
În celule ciuperci deasupra plasmalemei - un strat dens chitină.
U bacterii – mureina.
Proprietățile membranelor biologice
1. Capacitate de auto-asamblare după influenţe distructive. Această proprietate este determinată de proprietățile fizico-chimice ale moleculelor de fosfolipide, care într-o soluție apoasă se unesc astfel încât capetele hidrofile ale moleculelor se desfășoară spre exterior, iar capetele hidrofobe spre interior. Proteinele pot fi construite în straturi de fosfolipide gata făcute. Capacitatea de a se auto-asambla este importantă la nivel celular.
2. Semi-permeabil(selectivitatea în transmiterea ionilor și moleculelor). Asigură menținerea constantei compoziției ionice și moleculare în celulă.
3. Fluiditatea membranei. Membranele nu sunt structuri rigide; ele fluctuează în mod constant datorită mișcărilor de rotație și vibrație ale moleculelor de lipide și proteine. Acest lucru asigură o rată mai mare de procese enzimatice și alte procese chimice în membrane.
4. Fragmentele de membrană nu au capete libere, pe măsură ce se închid în bule.
Funcțiile membranei celulare exterioare (plasmalema)
Principalele funcții ale plasmalemei sunt următoarele: 1) barieră, 2) receptor, 3) schimb, 4) transport.
1. Funcția de barieră. Se exprimă prin faptul că membrana plasmatică limitează conținutul celulei, separând-o de mediul extern, iar membranele intracelulare împart citoplasma în celule de reacție separate. compartimente.
2. Funcția receptorului. Una dintre cele mai importante funcții ale plasmalemei este aceea de a asigura comunicarea (conexiunea) celulei cu mediul extern prin intermediul aparatului receptor prezent în membrane, care este de natură proteică sau glicoproteică. Funcția principală a formațiunilor de receptor ale plasmalemei este recunoașterea semnalelor externe, datorită cărora celulele sunt orientate corect și formează țesuturi în timpul procesului de diferențiere. Funcția receptorului este asociată cu activitatea diferitelor sisteme de reglare, precum și cu formarea unui răspuns imun.
Funcția de schimb determinat de conținutul de proteine enzimatice din membranele biologice, care sunt catalizatori biologici. Activitatea lor variază în funcție de pH-ul mediului, temperatură, presiune și concentrația atât a substratului, cât și a enzimei în sine. Enzimele determină intensitatea reacțiilor cheie metabolismul, precum și a acestora direcţie.
Funcția de transport a membranelor. Membrana permite pătrunderea selectivă a diferitelor substanțe chimice în celulă și din celulă în mediu. Transportul substanțelor este necesar pentru a menține pH-ul adecvat și concentrația ionică adecvată în celulă, ceea ce asigură eficiența enzimelor celulare. Transportul furnizează nutrienți care servesc ca sursă de energie, precum și material pentru formarea diferitelor componente celulare. De aceasta depind eliminarea deșeurilor toxice din celulă, secreția diferitelor substanțe utile și crearea gradienților de ioni necesari activității nervoase și musculare.Modificările ratei de transfer a substanțelor pot duce la perturbări ale proceselor bioenergetice, apă-sare. metabolism, excitabilitate și alte procese. Corectarea acestor modificări stă la baza acțiunii multor medicamente.
Există două moduri principale prin care substanțele pot pătrunde în celulă și ieși din celulă în mediul extern;
transport pasiv,
transport activ.
Transport pasiv urmează un gradient de concentrație chimică sau electrochimică fără a consuma energie ATP. Dacă molecula substanței transportate nu are sarcină, atunci direcția transportului pasiv este determinată doar de diferența de concentrație a acestei substanțe pe ambele părți ale membranei (gradient de concentrație chimică). Dacă molecula este încărcată, atunci transportul ei este afectat atât de gradientul de concentrație chimică, cât și de gradientul electric (potențialul de membrană).
Ambii gradienți împreună constituie gradientul electrochimic. Transportul pasiv al substanțelor poate fi efectuat în două moduri: difuzie simplă și difuzie facilitată.
Cu difuzie simplă ionii de sare și apa pot pătrunde prin canale selective. Aceste canale sunt formate din anumite proteine transmembranare care formează căi de transport end-to-end care sunt deschise permanent sau doar pentru o perioadă scurtă de timp. Prin canale selective pătrund diferite molecule de mărimea și sarcina corespunzătoare canalelor.
Există o altă modalitate de difuzie simplă - aceasta este difuzarea substanțelor prin stratul dublu lipidic, prin care trec cu ușurință substanțele solubile în grăsimi și apa. Bistratul lipidic este impermeabil la moleculele încărcate (ioni) și, în același timp, moleculele mici neîncărcate pot difuza liber, iar cu cât molecula este mai mică, cu atât este mai rapid transportată. Rata destul de mare de difuzie a apei prin stratul dublu lipidic este explicată precis de dimensiunea mică a moleculelor sale și de lipsa de încărcare.
Cu difuzie facilitată Transportul substanțelor implică proteine - purtători care funcționează pe principiul „ping-pong”. Proteina există în două stări conformaționale: în starea „pong”, locurile de legare pentru substanța transportată sunt deschise pe exteriorul stratului dublu, iar în starea „ping”, aceleași situsuri sunt deschise pe cealaltă parte. Acest proces este reversibil. De ce parte va fi deschis locul de legare al unei substanțe la un moment dat depinde de gradientul de concentrație al acestei substanțe.
În acest fel, zaharurile și aminoacizii trec prin membrană.
Cu difuzia facilitată, viteza de transport a substanțelor crește semnificativ în comparație cu difuzia simplă.
În plus față de proteinele purtătoare, unele antibiotice sunt implicate în difuzia facilitată, de exemplu, gramicidina și valinomicina.
Deoarece asigură transportul ionilor, se numesc ionofori.
Transportul activ al substanțelor în celulă. Acest tip de transport costă întotdeauna energie. Sursa de energie necesară pentru transportul activ este ATP. O trăsătură caracteristică a acestui tip de transport este că se efectuează în două moduri:
folosind enzime numite ATPaze;
transport în ambalaj membranar (endocitoză).
ÎN Membrana celulară exterioară conține proteine enzimatice, cum ar fi ATPaze, a căror funcţie este de a asigura transportul activ ioni față de un gradient de concentrație. Deoarece asigură transportul ionilor, acest proces se numește pompă ionică.
Există patru sisteme principale de transport ionic cunoscute în celulele animale. Trei dintre ele asigură transferul prin membranele biologice: Na + și K +, Ca +, H +, iar al patrulea - transferul de protoni în timpul funcționării lanțului respirator mitocondrial.
Un exemplu de mecanism activ de transport ionic este pompă de sodiu-potasiu în celulele animale. Menține o concentrație constantă de ioni de sodiu și potasiu în celulă, care diferă de concentrația acestor substanțe în mediu: în mod normal, în celulă există mai puțini ioni de sodiu decât în mediu și mai mulți ioni de potasiu.
Drept urmare, conform legilor difuziei simple, potasiul tinde să părăsească celula, iar sodiul difuzează în celulă. Spre deosebire de difuzia simplă, pompa de sodiu-potasiu pompează constant sodiu din celulă și introduce potasiu: pentru fiecare trei molecule de sodiu eliberate, există două molecule de potasiu introduse în celulă.
Acest transport al ionilor de sodiu-potasiu este asigurat de ATPaza dependenta, o enzima localizata in membrana in asa fel incat sa patrunda in toata grosimea acesteia.Sodiul si ATP intră in aceasta enzima din interiorul membranei, iar potasiul din exterior.
Transferul de sodiu și potasiu prin membrană are loc ca urmare a modificărilor conformaționale pe care le suferă ATPaza dependentă de sodiu-potasiu, care este activată atunci când concentrația de sodiu în interiorul celulei sau de potasiu din mediu crește.
Pentru a furniza energie acestei pompe, este necesară hidroliza ATP. Acest proces este asigurat de aceeași enzimă, ATPaza dependentă de sodiu-potasiu. Mai mult, mai mult de o treime din ATP consumat de o celulă animală în repaus este cheltuită pentru funcționarea pompei de sodiu-potasiu.
Încălcarea bunei funcționări a pompei de sodiu-potasiu duce la diferite boli grave.
Eficiența acestei pompe depășește 50%, ceea ce nu este atins de cele mai avansate mașini create de om.
Multe sisteme de transport activ sunt alimentate de energia stocată în gradienți de ioni, mai degrabă decât de hidroliza directă a ATP. Toate funcționează ca sisteme de cotransport (promovând transportul compușilor cu greutate moleculară mică). De exemplu, transportul activ al unor zaharuri și aminoacizi în celulele animale este determinat de un gradient de ioni de sodiu și cu cât este mai mare gradientul de ioni de sodiu, cu atât este mai mare rata de absorbție a glucozei. Și, invers, dacă concentrația de sodiu în spațiul intercelular scade semnificativ, transportul glucozei se oprește. În acest caz, sodiul trebuie să se alăture proteinei de transport a glucozei dependentă de sodiu, care are două locuri de legare: unul pentru glucoză, celălalt pentru sodiu. Ionii de sodiu care pătrund în celulă facilitează introducerea proteinei purtătoare în celulă împreună cu glucoza. Ionii de sodiu care intră în celulă împreună cu glucoza sunt pompați înapoi de către ATPaza dependentă de sodiu-potasiu, care, prin menținerea unui gradient de concentrație de sodiu, controlează indirect transportul glucozei.
Transportul substanțelor în ambalaje cu membrană. Moleculele mari de biopolimeri practic nu pot pătrunde prin plasmalemă prin oricare dintre mecanismele descrise mai sus de transport al substanțelor în celulă. Ele sunt capturate de celulă și absorbite în ambalajul membranei, care se numește endocitoza. Acesta din urmă este împărțit oficial în fagocitoză și pinocitoză. Absorbția particulelor de către celulă este fagocitoză, și lichid - pinocitoza. În timpul endocitozei, se observă următoarele etape:
recepția substanței absorbite datorită receptorilor din membrana celulară;
invaginarea membranei cu formarea unei bule (vezicule);
separarea veziculei endocitare de membrană cu consum de energie – formarea fagozomilorși refacerea integrității membranei;
Fuziunea fagozomului cu lizozomul și formarea fagolizozomi (vacuola digestivă) în care are loc digestia particulelor absorbite;
îndepărtarea materialului nedigerat în fagolizozom din celulă ( exocitoză).
În lumea animalelor endocitoza este o metodă caracteristică de nutriție pentru multe organisme unicelulare (de exemplu, amibe), iar printre organismele multicelulare, acest tip de digestie a particulelor de alimente se găsește în celulele endodermice ale celenteratelor. În ceea ce privește mamiferele și oamenii, acestea au un sistem reticulo-histio-endotelial de celule cu capacitate de endocitoză. Exemplele includ leucocitele din sânge și celulele Kupffer hepatice. Acesta din urmă căptușește așa-numitele capilare sinusoidale ale ficatului și captează diverse particule străine suspendate în sânge. exocitoză- Aceasta este, de asemenea, o metodă de îndepărtare din celula unui organism multicelular a substratului secretat de acesta, care este necesar pentru funcționarea altor celule, țesuturi și organe.
Imaginea unei membrane celulare. Micile bile albastre si albe corespund capetelor hidrofile ale lipidelor, iar liniile atasate acestora corespund cozilor hidrofobe. Figura prezintă doar proteinele membranare integrale (globule roșii și elice galbene). Puncte ovale galbene în interiorul membranei - molecule de colesterol Lanțuri galben-verzui de margele pe exteriorul membranei - lanțuri de oligozaharide care formează glicocalixul
O membrană biologică include, de asemenea, diverse proteine: integrale (pătrund prin membrana), semi-integrală (cufundată la un capăt în stratul lipidic exterior sau interior), de suprafață (situată pe exteriorul sau adiacent părților interioare ale membranei). Unele proteine sunt punctele de contact dintre membrana celulară și citoscheletul din interiorul celulei și peretele celular (dacă există unul) în exterior. Unele dintre proteinele integrale funcționează ca canale ionice, diverși transportatori și receptori.
Funcțiile biomembranelor
- bariera - asigura metabolismul reglat, selectiv, pasiv si activ cu mediul. De exemplu, membrana peroxizomală protejează citoplasma de peroxizii care sunt periculoși pentru celulă. Permeabilitatea selectivă înseamnă că permeabilitatea unei membrane la diferiți atomi sau molecule depinde de dimensiunea, sarcina electrică și proprietățile chimice ale acestora. Permeabilitatea selectivă asigură că celulele și compartimentele celulare sunt separate de mediu și aprovizionate cu substanțele necesare.
- transportul - transportul substanțelor în și din celulă are loc prin membrană. Transportul prin membrane asigură: livrarea nutrienților, îndepărtarea produselor finite metabolice, secreția diferitelor substanțe, crearea gradienților de ioni, menținerea pH-ului și concentrației ionice adecvate în celulă, care sunt necesare pentru funcționarea enzimelor celulare.
Particule care din anumite motive nu sunt capabile să traverseze stratul dublu fosfolipidic (de exemplu, datorită proprietăților hidrofile, deoarece membrana din interior este hidrofobă și nu permite trecerea substanțelor hidrofile sau datorită dimensiunilor lor mari), dar necesare pentru celula, poate patrunde in membrana prin proteine transportoare speciale (transportatori) si proteine canale sau prin endocitoza.
În timpul transportului pasiv, substanțele traversează bistratul lipidic fără consum de energie, prin difuzie. O variantă a acestui mecanism este difuzia facilitată, în care o moleculă specifică ajută o substanță să treacă prin membrană. Această moleculă poate avea un canal care permite trecerea unui singur tip de substanță.
Transportul activ necesită energie, deoarece are loc împotriva unui gradient de concentrație. Există proteine speciale de pompă pe membrană, inclusiv ATPaza, care pompează activ ionii de potasiu (K+) în celulă și pompează ionii de sodiu (Na+) din ea.
- matrice - asigură o anumită poziție relativă și orientare a proteinelor membranare, interacțiunea optimă a acestora;
- mecanic - asigură autonomia celulei, structurile sale intracelulare, precum și legătura cu alte celule (în țesuturi). Pereții celulari joacă un rol major în asigurarea funcției mecanice, iar la animale, substanța intercelulară.
- energie - în timpul fotosintezei în cloroplaste și a respirației celulare în mitocondrii, sistemele de transfer de energie funcționează în membranele lor, la care participă și proteinele;
- receptor - unele proteine situate în membrană sunt receptori (molecule cu ajutorul cărora celula percepe anumite semnale).
De exemplu, hormonii care circulă în sânge acționează doar asupra celulelor țintă care au receptori corespunzători acestor hormoni. Neurotransmițătorii (substanțe chimice care asigură conducerea impulsurilor nervoase) se leagă și de proteinele receptorilor speciale din celulele țintă.
- enzimatice – proteinele membranare sunt adesea enzime. De exemplu, membranele plasmatice ale celulelor epiteliale intestinale conțin enzime digestive.
- implementarea generarii si conducerii biopotentialelor.
Cu ajutorul membranei, în celulă se menține o concentrație constantă de ioni: concentrația ionului K+ în interiorul celulei este mult mai mare decât în exterior, iar concentrația Na+ este mult mai mică, ceea ce este foarte important, deoarece acest lucru asigură menținerea diferenței de potențial pe membrană și generarea unui impuls nervos.
- marcarea celulelor - există antigene pe membrană care acționează ca markeri - „etichete” care permit identificarea celulei. Acestea sunt glicoproteine (adică proteine cu lanțuri laterale de oligozaharide ramificate atașate la acestea) care joacă rolul de „antene”. Datorită multitudinii de configurații ale lanțurilor laterale, este posibil să se facă un marker specific pentru fiecare tip de celulă. Cu ajutorul markerilor, celulele pot recunoaște alte celule și pot acționa împreună cu acestea, de exemplu, în formarea organelor și țesuturilor. Acest lucru permite, de asemenea, sistemului imunitar să recunoască antigenele străine.
Structura și compoziția biomembranelor
Membranele sunt compuse din trei clase de lipide: fosfolipide, glicolipide și colesterol. Fosfolipidele și glicolipidele (lipide cu carbohidrați atașați) constau din două cozi lungi de hidrocarburi hidrofobe care sunt conectate la un cap hidrofil încărcat. Colesterolul confera rigiditate membranei prin ocuparea spatiului liber dintre cozile hidrofobe ale lipidelor si impiedicandu-le sa se indoaie. Prin urmare, membranele cu un conținut scăzut de colesterol sunt mai flexibile, iar cele cu un conținut ridicat de colesterol sunt mai rigide și mai fragile. Colesterolul servește și ca un „oprior” care împiedică mișcarea moleculelor polare din celulă și în celulă. O parte importantă a membranei este formată din proteine care o pătrund și sunt responsabile pentru diferitele proprietăți ale membranelor. Compoziția și orientarea lor diferă în diferite membrane.
Membranele celulare sunt adesea asimetrice, adică straturile diferă în ceea ce privește compoziția lipidelor, tranziția unei molecule individuale de la un strat la altul (așa-numitul flip-flop) este dificil.
Organele membranare
Acestea sunt secțiuni închise unice sau interconectate ale citoplasmei, separate de hialoplasmă prin membrane. Organelele cu o singură membrană includ reticulul endoplasmatic, aparatul Golgi, lizozomii, vacuolele, peroxizomii; la membrane duble - nucleu, mitocondrii, plastide. Exteriorul celulei este delimitat de așa-numita membrană plasmatică. Structura membranelor diferitelor organite diferă în compoziția lipidelor și a proteinelor membranare.
Permeabilitate selectivă
Membranele celulare au permeabilitate selectivă: glucoza, aminoacizii, acizii grași, glicerolul și ionii difuzează lent prin ele, iar membranele în sine, într-o anumită măsură, reglează activ acest proces - unele substanțe trec, dar altele nu. Există patru mecanisme principale de intrare a substanțelor în celulă sau îndepărtarea lor din celulă în exterior: difuzia, osmoza, transportul activ și exo- sau endocitoza. Primele două procese sunt de natură pasivă, adică nu necesită consum de energie; ultimele două sunt procese active asociate cu consumul de energie.
Permeabilitatea selectivă a membranei în timpul transportului pasiv se datorează unor canale speciale - proteine integrale. Ele pătrund prin membrană, formând un fel de trecere. Elementele K, Na și Cl au propriile lor canale. În raport cu gradientul de concentrație, moleculele acestor elemente se deplasează în interior și în afara celulei. Când sunt iritate, canalele ionice de sodiu se deschid și are loc un aflux brusc de ioni de sodiu în celulă. În acest caz, apare un dezechilibru al potențialului membranei. După care se reface potențialul de membrană. Canalele de potasiu sunt întotdeauna deschise, permițând ionilor de potasiu să intre încet în celulă.
Legături
- Bruce Alberts și colab. Biologia moleculară a celulei. - a 5-a ed. - New York: Garland Science, 2007. - ISBN 0-8153-3218-1 - manual de biologie moleculară în limba engleză. limba
- Rubin A.B. Biofizică, manual în 2 vol. . - Ediția a III-a, corectată și extinsă. - Moscova: Editura Universității din Moscova, 2004. - ISBN 5-211-06109-8
- Gennis R. Biomembrane. Structura și funcțiile moleculare: traducere din engleză. = Biomembrane. Structura și funcția moleculară (de Robert B. Gennis). - editia I. - Moscova: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
- Ivanov V.G., Berestovsky T.N. Bistratul lipidic al membranelor biologice. - Moscova: Știință, 1982.
- Antonov V.F., Smirnova E.N., Shevchenko E.V. Membrane lipidice în timpul tranzițiilor de fază. - Moscova: Știință, 1994.
Vezi si
- Vladimirov Yu. A., Deteriorarea componentelor membranelor biologice în timpul proceselor patologice
Fundația Wikimedia. 2010.
Pe baza caracteristicilor lor funcționale, membrana celulară poate fi împărțită în 9 funcții pe care le îndeplinește.
Funcțiile membranei celulare:
1. Transport. Transporta substante de la celula la celula;
2. Bariera. Are permeabilitate selectivă, asigură metabolismul necesar;
3. Receptor. Unele proteine găsite în membrană sunt receptori;
4. Mecanic. Asigură autonomia celulei și a structurilor sale mecanice;
5. Matrice. Oferă interacțiune și orientare optimă a proteinelor matriceale;
6. Energie. Membranele conțin sisteme de transfer de energie în timpul respirației celulare în mitocondrii;
7. Enzimatic. Proteinele membranei sunt uneori enzime. De exemplu, membranele celulare intestinale;
8. Marcare. Membrana conține antigene (glicoproteine) care permit identificarea celulelor;
9. Generarea. Realizează generarea și conducerea biopotențialelor.
Puteți vedea cum arată o membrană celulară folosind exemplul structurii unei celule animale sau a unei celule vegetale.
 
Figura prezintă structura membranei celulare.
Componentele membranei celulare includ diverse proteine ale membranei celulare (globulare, periferice, de suprafață), precum și lipide ale membranei celulare (glicolipide, fosfolipide). De asemenea, în structura membranei celulare există carbohidrați, colesterol, glicoproteine și proteine alfa helix.
Compoziția membranei celulare
Principala compoziție a membranei celulare include:
1. Proteine - responsabile de diverse proprietăți ale membranei;
2. Trei tipuri de lipide (fosfolipide, glicolipide și colesterol) responsabile de rigiditatea membranei.
Proteinele membranei celulare:
1. Proteine globulare;
2. Proteine de suprafață;
3. Proteine periferice.
Scopul principal al membranei celulare
Scopul principal al membranei celulare:
1. Reglați schimbul dintre celulă și mediu;
2. Separați conținutul oricărei celule de mediul extern, asigurând astfel integritatea acesteia;
3. Membranele intracelulare împart celula în compartimente închise specializate - organele sau compartimente în care sunt menținute anumite condiții de mediu.
Structura membranei celulare
Structura membranei celulare este o soluție bidimensională de proteine integrale globulare dizolvate într-o matrice fosfolipidă lichidă. Acest model al structurii membranei a fost propus de doi oameni de știință Nicholson și Singer în 1972. Astfel, baza membranelor este un strat lipidic bimolecular, cu un aranjament ordonat de molecule, după cum ați putut vedea în.
- „Cronicile lui Amber”. Cărți în ordine. Recenzii. Roger Zelazny „Cronicile lui Amber Roger Zelazny Cei nouă prinți ai chihlimbarului a continuat
- Ciupercă de orez: beneficii și daune
- Energia umană: cum să vă aflați potențialul energetic Energia vitală umană după data nașterii
- Semne zodiacale pe elemente - Horoscop