Typy bunkových membrán. Zloženie bunkovej membrány

textové polia

textové polia

šípka_nahor

Bunky sú oddelené od vnútorného prostredia tela bunkou alebo plazmatickou membránou.

Membrána poskytuje:

1) Selektívne prenikanie molekúl a iónov do bunky a von z bunky nevyhnutné na vykonávanie špecifických funkcií bunky;
2) Selektívny transport iónov cez membránu, udržiavanie transmembránového rozdielu elektrického potenciálu;
3) Špecifiká medzibunkových kontaktov.

Vďaka prítomnosti mnohých receptorov v membráne, ktoré vnímajú chemické signály - hormóny, mediátory a iné biologicky aktívne látky, je schopná meniť metabolickú aktivitu bunky. Membrány poskytujú špecifickosť imunitných prejavov v dôsledku prítomnosti antigénov na nich - štruktúr, ktoré spôsobujú tvorbu protilátok, ktoré sa môžu špecificky viazať na tieto antigény.
Jadro a organely bunky sú tiež oddelené od cytoplazmy membránami, ktoré bránia voľnému pohybu vody a látok v nej rozpustených z cytoplazmy do nich a naopak. To vytvára podmienky na oddelenie biochemických procesov prebiehajúcich v rôznych kompartmentoch (kompartmentoch) vo vnútri bunky.

štruktúra bunkovej membrány

textové polia

textové polia

šípka_nahor

Bunková membrána je elastická štruktúra, s hrúbkou 7 až 11 nm (obr. 1.1). Pozostáva hlavne z lipidov a bielkovín. 40 až 90 % všetkých lipidov tvoria fosfolipidy – fosfatidylcholín, fosfatidyletanolamín, fosfatidylserín, sfingomyelín a fosfatidylinozitol. Dôležitou zložkou membrány sú glykolipidy, reprezentované cerebrozidmi, sulfatidy, gangliozidy a cholesterolom.

Ryža. 1.1 Organizácia membrány.

Hlavná štruktúra bunkovej membrány je dvojitá vrstva fosfolipidových molekúl. V dôsledku hydrofóbnych interakcií sú sacharidové reťazce lipidových molekúl držané blízko seba v predĺženom stave. Skupiny fosfolipidových molekúl oboch vrstiev interagujú s proteínovými molekulami ponorenými do lipidovej membrány. Vzhľadom na to, že väčšina lipidových zložiek dvojvrstvy je v tekutom stave, membrána má pohyblivosť a vlní sa. Jeho časti, ako aj proteíny ponorené do lipidovej dvojvrstvy, sa budú miešať z jednej časti do druhej. Pohyblivosť (tekutosť) bunkových membrán uľahčuje transport látok cez membránu.

proteíny bunkovej membrány reprezentované najmä glykoproteínmi. Rozlíšiť:

integrálne proteíny prenikajúce cez celú hrúbku membrány a
periférne proteíny pripevnený iba k povrchu membrány, hlavne k jej vnútornej časti.

Periférne proteíny takmer všetky fungujú ako enzýmy (acetylcholínesteráza, kyslé a alkalické fosfatázy atď.). Ale niektoré enzýmy sú reprezentované aj integrálnymi proteínmi - ATPázou.

integrálne proteíny poskytujú selektívnu výmenu iónov cez membránové kanály medzi extracelulárnou a intracelulárnou tekutinou a tiež pôsobia ako proteíny - nosiče veľkých molekúl.

Membránové receptory a antigény môžu predstavovať integrálne aj periférne proteíny.

Proteíny susediace s membránou z cytoplazmatickej strany patria k bunkový cytoskelet . Môžu sa pripojiť k membránovým proteínom.

takže, proteínový prúžok 3 (číslo pásu pri elektroforéze proteínov) membrán erytrocytov sa spája do súboru s ďalšími molekulami cytoskeletu - spektrínom cez nízkomolekulárny proteín ankyrín (obr. 1.2).

Ryža. 1.2 Schéma usporiadania bielkovín v membránovom cytoskelete erytrocytov.
1 - spektrín; 2 - ankyrín; 3 - proteínový pás 3; 4 - proteínový pás 4,1; 5 - proteínový pás 4,9; 6 - aktínový oligomér; 7 - proteín 6; 8 - gpikoforín A; 9 - membrána.

Spectrin je hlavným proteínom cytoskeletu, ktorý tvorí dvojrozmernú sieť, ku ktorej je pripojený aktín.

aktín tvorí mikrofilamenty, ktoré sú kontraktilným aparátom cytoskeletu.

cytoskelet umožňuje bunke vykazovať pružne elastické vlastnosti, dodáva membráne dodatočnú pevnosť.

Väčšina integrálnych proteínov sú glykoproteíny. Ich sacharidová časť vyčnieva z bunkovej membrány smerom von. Mnohé glykoproteíny majú veľký negatívny náboj v dôsledku značného obsahu kyseliny sialovej (napríklad molekula glykoforínu). To poskytuje povrchu väčšiny buniek negatívny náboj, čo pomáha odpudzovať iné negatívne nabité predmety. Sacharidové výbežky glykoproteínov nesú antigény krvných skupín, iné antigénne determinanty bunky a pôsobia ako receptory viažuce hormóny. Glykoproteíny tvoria adhezívne molekuly, ktoré spôsobujú vzájomné prichytenie buniek, t.j. úzke medzibunkové kontakty.

Vlastnosti metabolizmu v membráne

textové polia

textové polia

šípka_nahor

Membránové komponenty podliehajú mnohým metabolickým transformáciám pod vplyvom enzýmov umiestnených na ich membráne alebo v nej. Patria sem oxidačné enzýmy, ktoré zohrávajú významnú úlohu pri modifikácii hydrofóbnych prvkov membrán - cholesterolu a pod. V membránach pri aktivácii enzýmov - fosfolipáz vznikajú z kyseliny arachidónovej biologicky aktívne zlúčeniny - prostaglandíny a ich deriváty. V dôsledku aktivácie metabolizmu fosfolipidov v membráne vznikajú tromboxány a leukotriény, ktoré majú silný vplyv na adhéziu krvných doštičiek, zápal atď.

Membrána neustále prechádza procesmi obnovy svojich komponentov. . Životnosť membránových proteínov sa teda pohybuje od 2 do 5 dní. V bunke však existujú mechanizmy, ktoré zabezpečujú dodanie novosyntetizovaných molekúl proteínu na membránové receptory, ktoré uľahčujú začlenenie proteínu do membrány. „Rozpoznanie“ tohto receptora novosyntetizovaným proteínom je uľahčené tvorbou signálneho peptidu, ktorý pomáha nájsť receptor na membráne.

Membránové lipidy majú tiež významnú rýchlosť metabolizmu., ktorá vyžaduje veľké množstvo mastných kyselín na syntézu týchto membránových zložiek.
Špecifiká lipidového zloženia bunkových membrán ovplyvňujú zmeny v životnom prostredí človeka a charakter jeho stravy.

Napríklad zvýšenie príjmu mastných kyselín s nenasýtenými väzbami zvyšuje tekutý stav lipidov v bunkových membránach rôznych tkanív, vedie k zmene pomeru fosfolipidov k sfingomyelínom a lipidov k proteínom, ktorá je priaznivá pre funkciu bunkovej membrány.

Nadbytok cholesterolu v membránach naopak zvyšuje mikroviskozitu ich dvojvrstvy fosfolipidových molekúl, čím sa znižuje rýchlosť difúzie určitých látok cez bunkové membrány.

Krmivo obohatené o vitamíny A, E, C, P zlepšuje metabolizmus lipidov v membránach erytrocytov, znižuje mikroviskozitu membrán. To zvyšuje deformovateľnosť erytrocytov, uľahčuje ich transportnú funkciu (kapitola 6).

Nedostatok mastných kyselín a cholesterolu v potravinách narúša lipidové zloženie a funkciu bunkových membrán.

Napríklad nedostatok tuku narúša funkciu membrány neutrofilov, čo bráni ich pohybu a fagocytóze (aktívne zachytávanie a absorpcia mikroskopických cudzích živých predmetov a pevných častíc jednobunkovými organizmami alebo niektorými bunkami).

V regulácii lipidového zloženia membrán a ich permeability, regulácii bunkovej proliferácie dôležitú úlohu zohrávajú reaktívne formy kyslíka, ktoré sa tvoria v bunke v spojení s normálnymi metabolickými reakciami (mikrozomálna oxidácia a pod.).

Vznikli reaktívne formy kyslíka- superoxidový radikál (O 2), peroxid vodíka (H 2 O 2) sú mimoriadne reaktívne látky. Ich hlavným substrátom pri oxidačných reakciách voľných radikálov sú nenasýtené mastné kyseliny, ktoré sú súčasťou fosfolipidov bunkových membrán (tzv. lipidové peroxidačné reakcie). Zintenzívnenie týchto reakcií môže spôsobiť poškodenie bunkovej membrány, jej bariéry, receptorových a metabolických funkcií, modifikáciu molekúl nukleových kyselín a proteínov, čo vedie k mutáciám a inaktivácii enzýmov.

Za fyziologických podmienok je zosilnenie peroxidácie lipidov regulované antioxidačným systémom buniek, reprezentovaným enzýmami inaktivujúcimi reaktívne formy kyslíka - superoxiddismutáza, kataláza, peroxidáza a látkami s antioxidačnou aktivitou - tokoferol (vitamín E), ubichinón a pod. výrazný ochranný účinok na bunkové membrány (cytoprotektívny účinok) s rôznymi škodlivými účinkami na organizmus, prostaglandíny E a J2 majú "uhasenie" aktivácie oxidácie voľných radikálov. Prostaglandíny chránia sliznicu žalúdka a hepatocyty pred chemickým poškodením, neuróny, neurogliové bunky, kardiomyocyty - pred hypoxickým poškodením, kostrové svalstvo - pri ťažkej fyzickej námahe. Prostaglandíny, ktoré sa viažu na špecifické receptory na bunkových membránach, stabilizujú ich dvojvrstvu a znižujú stratu fosfolipidov membránami.

Funkcie membránových receptorov

textové polia

textové polia

šípka_nahor

Chemický alebo mechanický signál je najskôr vnímaný receptormi bunkovej membrány. Dôsledkom toho je chemická modifikácia membránových proteínov, ktorá vedie k aktivácii „druhých poslov“, ktoré zabezpečujú rýchle šírenie signálu v bunke do jej genómu, enzýmov, kontraktilných prvkov atď.

Schematicky možno transmembránovú signalizáciu v bunke znázorniť takto:

1) Receptor, vzrušený vnímaným signálom, aktivuje y-proteíny bunkovej membrány. K tomu dochádza, keď viažu guanozíntrifosfát (GTP).

2) Interakcia komplexu „GTP-y-proteins“ zase aktivuje enzým – prekurzor sekundárnych poslov, umiestnený na vnútornej strane membrány.

Prekurzorom jedného sekundárneho posla - cAMP, vytvoreného z ATP, je enzým adenylátcykláza;
Prekurzorom ďalších sekundárnych poslov – inozitoltrifosfátu a diacylglycerolu, vznikajúceho z membránového fosfatidylinozitol-4,5-difosfátu, je enzým fosfolipáza C. Okrem toho inozitoltrifosfát mobilizuje v bunke ďalšieho sekundárneho posla – vápenaté ióny, ktoré sa podieľajú na takmer všetky regulačné procesy v bunke. Napríklad výsledný inozitoltrifosfát spôsobuje uvoľňovanie vápnika z endoplazmatického retikula a zvýšenie jeho koncentrácie v cytoplazme, čím zahŕňa rôzne formy bunkovej odozvy. Pomocou inozitoltrifosfátu a diacylglycerolu je funkcia hladkých svalov a B-buniek pankreasu regulovaná acetylcholínom, faktorom uvoľňujúcim tyropín predného laloku hypofýzy, odpoveďou lymfocytov na antigén atď.
V niektorých bunkách plní úlohu druhého posla cGMP, ktorý sa tvorí z GTP pomocou enzýmu guanylátcyklázy. Slúži napríklad ako druhý posol pre natriuretický hormón v hladkej svalovine stien krvných ciev. cAMP slúži ako druhý posol pre mnohé hormóny – adrenalín, erytropoetín atď. (kapitola 3).

Vonku je bunka pokrytá plazmatickou membránou (alebo vonkajšou bunkovou membránou) s hrúbkou asi 6-10 nm.

Bunková membrána je hustý film proteínov a lipidov (hlavne fosfolipidov). Molekuly lipidov sú usporiadané usporiadane - kolmo na povrch, v dvoch vrstvách tak, že ich časti, ktoré intenzívne interagujú s vodou (hydrofilné), smerujú von a časti, ktoré sú inertné voči vode (hydrofóbne), smerujú dovnútra.

Proteínové molekuly sú umiestnené v nespojitej vrstve na povrchu lipidového rámca na oboch stranách. Niektoré z nich sú ponorené do lipidovej vrstvy a niektoré ňou prechádzajú a vytvárajú oblasti priepustné pre vodu. Tieto proteíny plnia rôzne funkcie – niektoré z nich sú enzýmy, iné transportné proteíny podieľajúce sa na prenose určitých látok z prostredia do cytoplazmy a naopak.

Základné funkcie bunkovej membrány

Jednou z hlavných vlastností biologických membrán je selektívna permeabilita (semipermeabilita)- niektoré látky cez ne prechádzajú ťažko, iné ľahko a dokonca smerom k vyššej koncentrácii.Pre väčšinu buniek je teda koncentrácia iónov Na vo vnútri oveľa nižšia ako v prostredí. Pre ióny K je charakteristický opačný pomer: ich koncentrácia vo vnútri bunky je vyššia ako vonku. Preto ióny Na vždy majú tendenciu vstúpiť do bunky a ióny K - ísť von. Vyrovnaniu koncentrácií týchto iónov bráni prítomnosť špeciálneho systému v membráne, ktorý hrá úlohu pumpy, ktorá pumpuje Na ióny von z bunky a súčasne pumpuje K ióny dovnútra.

Túžba Na iónov pohybovať sa zvonku dovnútra sa využíva na transport cukrov a aminokyselín do bunky. Aktívnym odstraňovaním iónov Na z bunky sa vytvárajú podmienky pre vstup glukózy a aminokyselín do bunky.

V mnohých bunkách dochádza k absorpcii látok aj fagocytózou a pinocytózou. O fagocytóza pružná vonkajšia membrána tvorí malú priehlbinu, kadiaľ vstupuje zachytená častica. Toto vybranie sa zväčšuje a častica je obklopená časťou vonkajšej membrány a je ponorená do cytoplazmy bunky. Fenomén fagocytózy je charakteristický pre amébu a niektoré ďalšie prvoky, ako aj leukocyty (fagocyty). Podobne bunky absorbujú tekutiny obsahujúce látky potrebné pre bunku. Tento jav bol tzv pinocytóza.

Vonkajšie membrány rôznych buniek sa výrazne líšia tak v chemickom zložení ich proteínov a lipidov, ako aj v ich relatívnom obsahu. Práve tieto vlastnosti určujú rozmanitosť fyziologickej aktivity membrán rôznych buniek a ich úlohu v živote buniek a tkanív.

Endoplazmatické retikulum bunky je spojené s vonkajšou membránou. Pomocou vonkajších membrán sa uskutočňujú rôzne typy medzibunkových kontaktov, t.j. komunikácia medzi jednotlivými bunkami.

Mnoho typov buniek sa vyznačuje prítomnosťou veľkého počtu výčnelkov, záhybov, mikroklkov na ich povrchu. Prispievajú jednak k výraznému zväčšeniu povrchu buniek a zlepšeniu metabolizmu, ako aj k pevnejším väzbám jednotlivých buniek medzi sebou.

Na vonkajšej strane bunkovej membrány majú rastlinné bunky hrubé membrány, ktoré sú jasne viditeľné v optickom mikroskope, pozostávajúce z celulózy (celulózy). Vytvárajú silnú oporu pre rastlinné pletivá (drevo).

Niektoré bunky živočíšneho pôvodu majú aj množstvo vonkajších štruktúr, ktoré sa nachádzajú na vrchu bunkovej membrány a majú ochranný charakter. Príkladom je chitín krycích buniek hmyzu.

Funkcie bunkovej membrány (stručne)

Funkcia	Popis
ochranná bariéra	Oddeľuje vnútorné organely bunky od vonkajšieho prostredia
Regulačné	Reguluje výmenu látok medzi vnútorným obsahom bunky a vonkajším prostredím.
Vymedzovanie (rozčlenenie)	Rozdelenie vnútorného priestoru bunky na samostatné bloky (priehradky)
Energia	- Akumulácia a transformácia energie; - svetelné reakcie fotosyntézy v chloroplastoch; - Absorpcia a sekrécia.
Receptor (informácie)	Podieľa sa na tvorbe vzruchu a jeho vedení.
Motor	Vykonáva pohyb bunky alebo jej jednotlivých častí.

Vonkajšia bunková membrána (plazmalema, cytolema, plazmatická membrána) živočíšnych buniek pokrytá zvonka (t.j. na strane, ktorá nie je v kontakte s cytoplazmou) vrstvou oligosacharidových reťazcov kovalentne naviazaných na membránové proteíny (glykoproteíny) a v menšej miere na lipidy (glykolipidy). Tento sacharidový obal membrány sa nazýva glykokalyx.Účel glykokalyxu ešte nie je veľmi jasný; existuje predpoklad, že táto štruktúra sa zúčastňuje procesov medzibunkového rozpoznávania.

V rastlinných bunkách na vrchnej časti vonkajšej bunkovej membrány je hustá celulózová vrstva s pórmi, cez ktoré prebieha komunikácia medzi susednými bunkami cez cytoplazmatické mostíky.

Bunky huby na vrchu plazmalemy - hustá vrstva chitín.

O baktérie – mureina.

Vlastnosti biologických membrán

1. Schopnosť samostatnej montáže po ničivých nárazoch. Táto vlastnosť je určená fyzikálno-chemickými charakteristikami fosfolipidových molekúl, ktoré sa vo vodnom roztoku spájajú tak, že hydrofilné konce molekúl sa otáčajú smerom von a hydrofóbne konce smerom dovnútra. Proteíny môžu byť začlenené do hotových fosfolipidových vrstiev. Schopnosť sebazostavenia je nevyhnutná na bunkovej úrovni.

2. Polopriepustnosť(selektivita pri prenose iónov a molekúl). Zabezpečuje udržanie stálosti iónového a molekulárneho zloženia v bunke.

3. Tekutosť membrány. Membrány nie sú tuhé štruktúry; neustále kolíšu v dôsledku rotačných a oscilačných pohybov molekúl lipidov a proteínov. To poskytuje vysokú rýchlosť enzymatických a iných chemických procesov v membránach.

4. Fragmenty blán nemajú voľné konce, keďže sú uzavreté v bublinách.

Funkcie vonkajšej bunkovej membrány (plazmalema)

Hlavné funkcie plazmalemy sú nasledovné: 1) bariéra, 2) receptor, 3) výmena, 4) transport.

1. bariérová funkcia. Vyjadruje sa v skutočnosti, že plazmalema obmedzuje obsah bunky, oddeľuje ju od vonkajšieho prostredia a intracelulárne membrány rozdeľujú cytoplazmu na samostatné reakčné bunky. priehradky.

2. funkcia receptora. Jednou z najdôležitejších funkcií plazmalemy je zabezpečiť komunikáciu (spojenie) bunky s vonkajším prostredím prostredníctvom receptorového aparátu prítomného v membránach, ktorý má proteínovú alebo glykoproteínovú povahu. Hlavnou funkciou receptorových formácií plazmalemy je rozpoznávanie vonkajších signálov, vďaka ktorým sú bunky správne orientované a tvoria tkanivá v procese diferenciácie. S funkciou receptora je spojená činnosť rôznych regulačných systémov, ako aj tvorba imunitnej odpovede.

výmenná funkcia je určený obsahom enzýmových proteínov v biologických membránach, ktoré sú biologickými katalyzátormi. Ich aktivita sa mení v závislosti od pH média, teploty, tlaku, koncentrácie substrátu aj samotného enzýmu. Enzýmy určujú intenzitu kľúčových reakcií metabolizmus, ako aj orientácia.

Transportná funkcia membrán. Membrána zabezpečuje selektívny prienik rôznych chemikálií do bunky az bunky do prostredia. Transport látok je nevyhnutný na udržanie vhodného pH v bunke, správnej koncentrácie iónov, čo zabezpečuje účinnosť bunkových enzýmov. Transport dodáva živiny, ktoré slúžia ako zdroj energie, ako aj materiál na tvorbu rôznych bunkových zložiek. Podmieňuje odstraňovanie toxického odpadu z bunky, vylučovanie rôznych užitočných látok a vytváranie iónových gradientov nevyhnutných pre nervovú a svalovú činnosť.Zmeny v rýchlosti prenosu látok môžu viesť k poruchám bioenergetických procesov, metabolizmu voda-soľ. , excitabilita a iné procesy. Korekcia týchto zmien je základom účinku mnohých liekov.

Existujú dva hlavné spôsoby, ktorými látky vstupujú do bunky a von z bunky do vonkajšieho prostredia;

pasívna doprava,

aktívny transport.

Pasívna doprava ide pozdĺž gradientu chemickej alebo elektrochemickej koncentrácie bez vynaloženia energie ATP. Ak molekula transportovanej látky nemá náboj, potom je smer pasívneho transportu určený len rozdielom koncentrácie tejto látky na oboch stranách membrány (chemický koncentračný gradient). Ak je molekula nabitá, tak jej transport je ovplyvnený tak chemickým koncentračným gradientom, ako aj elektrickým gradientom (membránovým potenciálom).

Oba gradienty spolu tvoria elektrochemický gradient. Pasívny transport látok sa môže uskutočniť dvoma spôsobmi: jednoduchou difúziou a uľahčenou difúziou.

S jednoduchou difúziou Ióny solí a voda môžu prenikať cez selektívne kanály. Tieto kanály sú tvorené niektorými transmembránovými proteínmi, ktoré tvoria end-to-end transportné cesty, ktoré sú otvorené trvalo alebo len na krátky čas. Prostredníctvom selektívnych kanálov prenikajú rôzne molekuly, ktorých veľkosť a náboj zodpovedá kanálom.

Existuje aj iný spôsob jednoduchej difúzie – ide o difúziu látok cez lipidovú dvojvrstvu, cez ktorú ľahko prechádzajú látky rozpustné v tukoch a voda. Lipidová dvojvrstva je nepriepustná pre nabité molekuly (ióny) a zároveň nenabité malé molekuly môžu voľne difundovať a čím je molekula menšia, tým rýchlejšie sa transportuje. Pomerne vysoká rýchlosť difúzie vody cez lipidovú dvojvrstvu je spôsobená práve malou veľkosťou jej molekúl a absenciou náboja.

S uľahčenou difúziou na transporte látok sa podieľajú bielkoviny – nosiče, ktoré fungujú na princípe „ping-pongu“. V tomto prípade proteín existuje v dvoch konformačných stavoch: v stave „pong“ sú väzbové miesta transportovanej látky otvorené na vonkajšej strane dvojvrstvy a v stave „ping“ sú rovnaké miesta otvorené na druhej strane. strane. Tento proces je reverzibilný. Z ktorej strany bude väzobné miesto látky v danom čase otvorené, závisí od koncentračného gradientu tejto látky.

Týmto spôsobom prechádzajú cez membránu cukry a aminokyseliny.

Pri uľahčenej difúzii sa rýchlosť transportu látok výrazne zvyšuje v porovnaní s jednoduchou difúziou.

Okrem nosných proteínov sa na uľahčenej difúzii podieľajú aj niektoré antibiotiká, ako je gramicidín a valinomycín.

Pretože zabezpečujú transport iónov, sú tzv ionofóry.

Aktívny transport látok v bunke. Tento druh dopravy je vždy spojený s nákladmi na energiu. Zdrojom energie potrebnej na aktívny transport je ATP. Charakteristickým znakom tohto druhu dopravy je, že sa uskutočňuje dvoma spôsobmi:

pomocou enzýmov nazývaných ATPázy;

transport v membránovom balení (endocytóza).

IN vonkajšia bunková membrána obsahuje enzýmové proteíny, ako sú ATPázy, ktorých funkciou je zabezpečovať aktívny transport iónov proti koncentračnému gradientu. Keďže zabezpečujú transport iónov, tento proces sa nazýva iónová pumpa.

V živočíšnej bunke existujú štyri hlavné systémy transportu iónov. Tri z nich zabezpečujú prenos cez biologické membrány: Na + a K +, Ca +, H + a štvrtý - prenos protónov počas činnosti mitochondriálneho dýchacieho reťazca.

Príkladom mechanizmu aktívneho transportu iónov je sodíkovo-draselná pumpa v živočíšnych bunkách. V bunke udržiava konštantnú koncentráciu sodíkových a draselných iónov, ktorá sa líši od koncentrácie týchto látok v prostredí: normálne je v bunke menej iónov sodíka ako v prostredí a viac draslíka.

Výsledkom je, že podľa zákonov jednoduchej difúzie má draslík tendenciu opustiť bunku a sodík difunduje do bunky. Na rozdiel od jednoduchej difúzie sodíkovo-draslíková pumpa neustále pumpuje sodík von z bunky a vstrekuje draslík: na tri molekuly sodíka, ktoré sa vyhodia, pripadajú do bunky dve molekuly draslíka.

Tento transport sodno-draslíkových iónov zabezpečuje ATP-dependentný enzým, ktorý je v membráne lokalizovaný tak, že preniká celou jej hrúbkou.Sodík a ATP vstupujú do tohto enzýmu zvnútra membrány a draslík z membrány. vonku.

K prenosu sodíka a draslíka cez membránu dochádza v dôsledku konformačných zmien, ktorým podlieha ATPáza závislá od sodíka a draslíka, ktorá sa aktivuje, keď sa zvýši koncentrácia sodíka vo vnútri bunky alebo draslíka v prostredí.

Na pohon tohto čerpadla je potrebná hydrolýza ATP. Tento proces zabezpečuje rovnaký enzým ATP-áza závislá od sodíka a draslíka. Zároveň sa viac ako jedna tretina ATP spotrebovaného živočíšnou bunkou v pokoji vynakladá na prácu sodíkovo - draslíkovej pumpy.

Porušenie správneho fungovania sodíkovo - draslíkovej pumpy vedie k rôznym vážnym ochoreniam.

Účinnosť tohto čerpadla presahuje 50%, čo nedosahujú najmodernejšie stroje vytvorené človekom.

Mnoho aktívnych transportných systémov je poháňaných skôr energiou uloženou v iónových gradientoch než priamou hydrolýzou ATP. Všetky fungujú ako kotransportné systémy (uľahčujúce transport zlúčenín s nízkou molekulovou hmotnosťou). Napríklad aktívny transport určitých cukrov a aminokyselín do živočíšnych buniek je určený gradientom sodíkových iónov a čím vyšší je gradient sodíkových iónov, tým väčšia je rýchlosť absorpcie glukózy. Naopak, ak sa koncentrácia sodíka v medzibunkovom priestore výrazne zníži, transport glukózy sa zastaví. V tomto prípade sa sodík musí spojiť s nosným proteínom glukózy závislým od sodíka, ktorý má dve väzbové miesta: jedno pre glukózu a druhé pre sodík. Ióny sodíka prenikajúce do bunky prispievajú k zavedeniu nosného proteínu do bunky spolu s glukózou. Ióny sodíka, ktoré vstúpili do bunky spolu s glukózou, sú odčerpávané ATPázou závislou od sodíka a draslíka, ktorá udržiavaním gradientu koncentrácie sodíka nepriamo riadi transport glukózy.

Preprava látok v membránových obaloch. Veľké molekuly biopolymérov prakticky nedokážu preniknúť cez plazmalemu žiadnym z vyššie opísaných mechanizmov transportu látok do bunky. Sú zachytené bunkou a absorbované v membránovom obale, ktorý je tzv endocytóza. Ten sa formálne delí na fagocytózu a pinocytózu. Zachytávanie pevných častíc bunkou je fagocytóza a tekuté - pinocytóza. Počas endocytózy sa pozorujú tieto štádiá:

príjem absorbovanej látky vďaka receptorom v bunkovej membráne;

invaginácia membrány s tvorbou bubliny (vezikuly);

oddelenie endocytovej vezikuly od membrány s vynaložením energie - tvorba fagozómov a obnovenie integrity membrány;

Fúzia fagozómu s lyzozómom a tvorba fagolyzozómy (tráviaca vakuola) pri ktorých dochádza k tráveniu absorbovaných častíc;

odstránenie nestráveného materiálu vo fagolyzozóme z bunky ( exocytóza).

V ríši zvierat endocytóza je charakteristickým spôsobom výživy mnohých jednobunkových organizmov (napríklad u améb) a medzi mnohobunkovými organizmami sa tento typ trávenia častíc potravy nachádza v endodermálnych bunkách v coelenterátoch. Pokiaľ ide o cicavce a ľudí, majú retikulo-histio-endoteliálny systém buniek so schopnosťou endocytózy. Príkladmi sú krvné leukocyty a pečeňové Kupfferove bunky. Posledné vystielajú takzvané sínusové kapiláry pečene a zachytávajú rôzne cudzie častice suspendované v krvi. Exocytóza- aj to je spôsob odstránenia z bunky mnohobunkového organizmu ňou vylučovaného substrátu, ktorý je nevyhnutný pre funkciu iných buniek, tkanív a orgánov.

Obrázok bunkovej membrány. Malé modré a biele guľôčky zodpovedajú hydrofilným „hlavám“ lipidov a čiary, ktoré sú k nim pripojené, zodpovedajú hydrofóbnym „chvostom“. Obrázok ukazuje iba integrálne membránové proteíny (červené globule a žlté špirály). Žlté oválne bodky vo vnútri membrány - molekuly cholesterolu Žltozelené reťazce guľôčok na vonkajšej strane membrány - oligosacharidové reťazce, ktoré tvoria glykokalyx

Biologická membrána tiež zahŕňa rôzne proteíny: integrálne (prenikajúce cez membránu), semiintegrálne (ponorené na jednom konci do vonkajšej alebo vnútornej lipidovej vrstvy), povrchové (umiestnené na vonkajšej strane alebo priľahlé k vnútorným stranám membrány). Niektoré proteíny sú bodmi kontaktu bunkovej membrány s cytoskeletom vo vnútri bunky a bunkovej steny (ak existuje) vonku. Niektoré z integrálnych proteínov fungujú ako iónové kanály, rôzne transportéry a receptory.

Funkcie biomembrán

• bariéra - zabezpečuje regulovaný, selektívny, pasívny a aktívny metabolizmus s okolím. Napríklad peroxizómová membrána chráni cytoplazmu pred peroxidmi nebezpečnými pre bunku. Selektívna permeabilita znamená, že priepustnosť membrány pre rôzne atómy alebo molekuly závisí od ich veľkosti, elektrického náboja a chemických vlastností. Selektívna permeabilita zabezpečuje oddelenie bunky a bunkových kompartmentov od prostredia a zásobuje ich potrebnými látkami.

• transport - cez membránu dochádza k transportu látok do bunky a von z bunky. Transport cez membrány zabezpečuje: dodávanie živín, odstraňovanie konečných produktov metabolizmu, sekréciu rôznych látok, vytváranie iónových gradientov, udržiavanie vhodného pH a koncentrácie iónov v bunke, ktoré sú nevyhnutné pre fungovanie bunkové enzýmy.

Častice, ktoré z nejakého dôvodu nie sú schopné prejsť cez fosfolipidovú dvojvrstvu (napríklad kvôli hydrofilným vlastnostiam, keďže membrána je vo vnútri hydrofóbna a neprepúšťa hydrofilné látky, alebo kvôli ich veľkej veľkosti), ale sú nevyhnutné pre bunka, môže preniknúť cez membránu cez špeciálne nosné proteíny (transportéry) a kanálové proteíny alebo endocytózou.

Pri pasívnom transporte látky prechádzajú cez lipidovú dvojvrstvu bez výdaja energie, difúziou. Variantom tohto mechanizmu je uľahčená difúzia, pri ktorej špecifická molekula pomáha látke prejsť cez membránu. Táto molekula môže mať kanál, ktorý umožňuje prechod len jedného typu látky.

Aktívny transport si vyžaduje energiu, keďže prebieha proti koncentračnému gradientu. Na membráne sú špeciálne pumpové proteíny vrátane ATPázy, ktorá aktívne pumpuje draselné ióny (K +) do bunky a pumpuje z nej sodíkové ióny (Na +).

• matrica - poskytuje určitú relatívnu polohu a orientáciu membránových proteínov, ich optimálnu interakciu;

• mechanická - zabezpečuje autonómiu bunky, jej vnútrobunkových štruktúr, ako aj spojenie s inými bunkami (v tkanivách). Bunkové steny hrajú dôležitú úlohu pri poskytovaní mechanickej funkcie a u zvierat - medzibunkovej substancii.

• energia - pri fotosyntéze v chloroplastoch a bunkovom dýchaní v mitochondriách fungujú v ich membránach systémy prenosu energie, na ktorých sa podieľajú aj bielkoviny;

• receptor – niektoré proteíny nachádzajúce sa v membráne sú receptory (molekuly, pomocou ktorých bunka vníma určité signály).

Napríklad hormóny cirkulujúce v krvi pôsobia len na cieľové bunky, ktoré majú receptory zodpovedajúce týmto hormónom. Neurotransmitery (chemikálie, ktoré vedú nervové impulzy) sa tiež viažu na špecifické receptorové proteíny na cieľových bunkách.

• enzymatické – membránové proteíny sú často enzýmy. Napríklad plazmatické membrány buniek črevného epitelu obsahujú tráviace enzýmy.

• realizácia tvorby a vedenia biopotenciálov.

Pomocou membrány sa v bunke udržiava konštantná koncentrácia iónov: koncentrácia iónu K + vo vnútri bunky je oveľa vyššia ako vonku a koncentrácia Na + je oveľa nižšia, čo je veľmi dôležité, pretože toto udržuje potenciálny rozdiel cez membránu a vytvára nervový impulz.

• bunkové značenie – na membráne sú antigény, ktoré fungujú ako markery – „štítky“, ktoré umožňujú bunku identifikovať. Ide o glykoproteíny (čiže proteíny s rozvetvenými bočnými oligosacharidovými reťazcami, ktoré sú k nim pripojené), ktoré plnia úlohu „antén“. Vzhľadom na nespočetné množstvo konfigurácií bočných reťazcov je možné vytvoriť špecifický marker pre každý typ bunky. Pomocou markerov môžu bunky rozpoznať iné bunky a konať v zhode s nimi, napríklad pri tvorbe orgánov a tkanív. Umožňuje tiež imunitnému systému rozpoznať cudzie antigény.

Štruktúra a zloženie biomembrán

Membrány sa skladajú z troch tried lipidov: fosfolipidy, glykolipidy a cholesterol. Fosfolipidy a glykolipidy (lipidy s naviazanými sacharidmi) pozostávajú z dvoch dlhých hydrofóbnych uhľovodíkových „chvostov“, ktoré sú spojené s nabitou hydrofilnou „hlavou“. Cholesterol spevňuje membránu tým, že zaberá voľný priestor medzi hydrofóbnymi lipidovými koncami a bráni im v ohýbaní. Preto sú membrány s nízkym obsahom cholesterolu pružnejšie, zatiaľ čo tie s vysokým obsahom cholesterolu sú pevnejšie a krehkejšie. Cholesterol slúži aj ako „zátka“, ktorá zabraňuje pohybu polárnych molekúl z bunky a do bunky. Dôležitú časť membrány tvoria bielkoviny, ktoré do nej prenikajú a sú zodpovedné za rôzne vlastnosti membrán. Ich zloženie a orientácia v rôznych membránach sa líšia.

Bunkové membrány sú často asymetrické, to znamená, že vrstvy sa líšia zložením lipidov, prechodom jednotlivej molekuly z jednej vrstvy do druhej (tzv. žabky) je ťažké.

Membránové organely

Sú to uzavreté jednotlivé alebo vzájomne prepojené úseky cytoplazmy, oddelené od hyaloplazmy membránami. Jednomembránové organely zahŕňajú endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, lyzozómy, vakuoly, peroxizómy; na dvojmembránové - jadro, mitochondrie, plastidy. Vonku je bunka obmedzená takzvanou plazmatickou membránou. Štruktúra membrán rôznych organel sa líši v zložení lipidov a membránových proteínov.

Selektívna priepustnosť

Bunkové membrány majú selektívnu permeabilitu: glukóza, aminokyseliny, mastné kyseliny, glycerol a ióny cez ne pomaly difundujú a samotné membrány tento proces do určitej miery aktívne regulujú – niektoré látky prechádzajú, iné nie. Existujú štyri hlavné mechanizmy na vstup látok do bunky alebo ich odstránenie z bunky von: difúzia, osmóza, aktívny transport a exo- alebo endocytóza. Prvé dva procesy sú pasívnej povahy, to znamená, že nevyžadujú energiu; posledné dva sú aktívne procesy spojené so spotrebou energie.

Selektívna permeabilita membrány počas pasívneho transportu je spôsobená špeciálnymi kanálmi - integrálnymi proteínmi. Prenikajú cez membránu skrz-naskrz a vytvárajú akýsi priechod. Prvky K, Na a Cl majú svoje vlastné kanály. Vzhľadom na koncentračný gradient sa molekuly týchto prvkov pohybujú dovnútra a von z bunky. Pri podráždení sa kanály sodíkových iónov otvoria a dôjde k prudkému prílevu sodíkových iónov do bunky. To má za následok nerovnováhu membránového potenciálu. Potom sa membránový potenciál obnoví. Draslíkové kanály sú vždy otvorené, cez ne draselné ióny pomaly vstupujú do bunky.

Odkazy

• Bruce Alberts a kol. Molekulárna biológia bunky. - 5. vyd. - New York: Garland Science, 2007. - ISBN 0-8153-3218-1 - učebnica molekulárnej biológie v angličtine. Jazyk

• Rubin A.B. Biofyzika, učebnica v 2 zv. . - 3. vydanie, prepracované a rozšírené. - Moskva: Moscow University Press, 2004. - ISBN 5-211-06109-8

• Gennis R. Biomembrány. Molekulárna štruktúra a funkcie: preklad z angličtiny. = Biomembrány. Molekulárna štruktúra a funkcia (Robert B. Gennis). - 1. vydanie. - Moskva: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0

• Ivanov V.G., Berestovskij T.N. lipidová dvojvrstva biologických membrán. - Moskva: Nauka, 1982.

• Antonov V.F., Smirnova E.N., Shevchenko E.V. Lipidové membrány počas fázových prechodov. - Moskva: Nauka, 1994.

pozri tiež

• Vladimirov Yu. A., Poškodenie zložiek biologických membrán pri patologických procesoch

Nadácia Wikimedia. 2010.

Podľa funkčných vlastností možno bunkovú membránu rozdeliť na 9 funkcií, ktoré vykonáva.
Funkcie bunkovej membrány:
1. Doprava. Vytvára transport látok z bunky do bunky;
2. Bariéra. Má selektívnu priepustnosť, poskytuje potrebný metabolizmus;
3. Receptor. Niektoré proteíny nachádzajúce sa v membráne sú receptory;
4. Mechanické. Zabezpečuje autonómiu bunky a jej mechanických štruktúr;
5. Matica. Poskytuje optimálnu interakciu a orientáciu matricových proteínov;
6. Energia. V membránach fungujú systémy prenosu energie počas bunkového dýchania v mitochondriách;
7. Enzymatické. Membránové proteíny sú niekedy enzýmy. Napríklad membrány črevných buniek;
8. Označovanie. Na membráne sú antigény (glykoproteíny), ktoré umožňujú identifikovať bunku;
9. Generovanie. Vykonáva tvorbu a vedenie biopotenciálov.

Ako vyzerá bunková membrána, môžete vidieť na príklade štruktúry živočíšnej bunky alebo rastlinnej bunky.

 

Na obrázku je znázornená štruktúra bunkovej membrány.
Medzi zložky bunkovej membrány patria rôzne proteíny bunkovej membrány (globulárna, periférna, povrchová), ako aj lipidy bunkovej membrány (glykolipid, fosfolipid). V štruktúre bunkovej membrány sú prítomné aj sacharidy, cholesterol, glykoproteín a proteínová alfa helix.

Zloženie bunkovej membrány

Hlavné zložky bunkovej membrány sú:
1. Proteíny – zodpovedné za rôzne vlastnosti membrány;
2. Lipidy troch typov (fosfolipidy, glykolipidy a cholesterol) zodpovedné za tuhosť membrány.
Proteíny bunkovej membrány:
1. Globulárny proteín;
2. povrchový proteín;
3. Periférny proteín.

Hlavným účelom bunkovej membrány

Hlavný účel bunkovej membrány:
1. Regulovať výmenu medzi bunkou a prostredím;
2. Oddeľte obsah akejkoľvek bunky od vonkajšieho prostredia, čím zabezpečíte jej integritu;
3. Vnútrobunkové membrány delia bunku na špecializované uzavreté kompartmenty – organely alebo kompartmenty, v ktorých sú udržiavané určité podmienky prostredia.

Štruktúra bunkovej membrány

Štruktúra bunkovej membrány je dvojrozmerný roztok globulárnych integrálnych proteínov rozpustených v tekutej fosfolipidovej matrici. Tento model membránovej štruktúry navrhli dvaja vedci Nicholson a Singer v roku 1972. Základom membrán je teda bimolekulárna lipidová vrstva s usporiadaným usporiadaním molekúl, ktoré ste mohli vidieť.