Membrana exterioară este formată din Membrana celulară: structură și funcții

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 lemă sau plasmă despre 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. Permeabilitate 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. La 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), iar acolo își desfășoară activitatea enzimatică.

12. Modificarea formei suprafeței și a zonei acesteia. Acest lucru permite membranei să formeze excrescențe spre exterior 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.
• Potentiale.
• 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 între potențiale chimice și electrice 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

prelegere 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 dublu lipidic gras central. Într-o membrană celulară adevărată, „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 (umectabile) ale lipidelor, iar „cozile” atașate acestora corespund „cozilor” hidrofobe (neumezibile). 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 plănuiește 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 care nu se umezesc.

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.

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

prelegere 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 sa 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!

constatări

1. În general, membrana este în trei straturi:

1) stratul exterior de „insule” proteice

2) „mare” cu două straturi grase (dublu strat lipidic), adică 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 grăsimi 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, de asemenea, sunt 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.

Membrana celulară are o structură destul de complexă care poate fi văzut cu un microscop electronic. În linii mari, constă dintr-un strat dublu de lipide (grăsimi), în care diferite peptide (proteine) sunt incluse în locuri diferite. Grosimea totală a membranei este de aproximativ 5-10 nm.

Planul general al structurii membranei celulare este universal pentru întreaga lume vie. Cu toate acestea, membranele animalelor conțin incluziuni de colesterol, ceea ce determină rigiditatea acestuia. Diferența dintre membranele diferitelor regnuri de organisme se referă în principal la formațiunile supramembranare (straturile). Deci, în plante și ciuperci deasupra membranei (la exterior) există un perete celular. La plante, constă în principal din celuloză, iar în ciuperci - din substanța chitinei. La animale, stratul epimembranar se numește glicocalix.

Un alt nume pentru membrana celulară este membrana citoplasmatica sau membrana plasmatica.

Un studiu mai profund al structurii membranei celulare dezvăluie multe dintre caracteristicile acesteia asociate cu funcțiile îndeplinite.

Stratul dublu lipidic este compus în principal din fosfolipide. Acestea sunt grăsimi, al căror capăt conține un reziduu de acid fosforic care are proprietăți hidrofile (adică atrage molecule de apă). Al doilea capăt al fosfolipidei este un lanț de acizi grași care au proprietăți hidrofobe (nu formează legături de hidrogen cu apa).

Moleculele de fosfolipide din membrana celulară se aliniază în două rânduri, astfel încât „capetele” lor hidrofobe sunt în interior, iar „capetele” hidrofile sunt în exterior. Se dovedește o structură destul de puternică care protejează conținutul celulei de mediul extern.

Incluziunile de proteine ​​din membrana celulară sunt distribuite neuniform, în plus, sunt mobile (deoarece fosfolipidele din stratul dublu au mobilitate laterală). Începând cu anii 70 ai secolului XX, oamenii au început să vorbească despre structura fluido-mozaică a membranei celulare.

În funcție de modul în care proteina face parte din membrană, există trei tipuri de proteine: integrale, semi-integrale și periferice. Proteinele integrale trec prin întreaga grosime a membranei, iar capetele lor ies pe ambele părți ale acesteia. Ele îndeplinesc în principal o funcție de transport. În proteinele semi-integrale, un capăt este situat în grosimea membranei, iar al doilea iese (din exterior sau din interior). Ele îndeplinesc funcții enzimatice și de receptor. Proteinele periferice se găsesc pe suprafața exterioară sau interioară a membranei.

Caracteristicile structurale ale membranei celulare indică faptul că aceasta este componenta principală a complexului de suprafață al celulei, dar nu singura. Celelalte componente ale sale sunt stratul supramembranar și stratul submembranar.

Glicocalixul (stratul supramembranar al animalelor) este format din oligozaharide și polizaharide, precum și din proteine ​​periferice și părți proeminente ale proteinelor integrale. Componentele glicocalixului îndeplinesc o funcție de receptor.

Pe lângă glicocalix, celulele animale au și alte formațiuni supramembranare: mucus, chitină, perilemă (asemănătoare unei membrane).

Formarea supramembranară la plante și ciuperci este peretele celular.

Stratul submembranar al celulei este citoplasma de suprafață (hialoplasma) cu sistemul de susținere-contractil al celulei inclus în ea, ale cărei fibrile interacționează cu proteinele care alcătuiesc membrana celulară. Prin astfel de compuși de molecule sunt transmise diferite semnale.

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) Transport selectiv al ionilor prin membrană, menținând o diferență de potențial electric transmembranar;
3) Specificul 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 aceasta de la citoplasmă la ele și invers. Acest lucru creează condiții pentru separarea proceselor biochimice care au loc în diferite compartimente (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, fosfatidiletanolamină, fosfatidilserina, sfingomielină și fosfatidilinozitol. O componentă importantă a membranei sunt glicolipidele, reprezentate de cerebrozide, sulfatide, gangliozide și colesterol.

Orez. 1.1 Organizarea membranei.

Structura principală 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 extinsă. 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 se ondula. Secțiunile sale, precum și proteinele scufundate în stratul dublu lipidic, se vor amesteca dintr-o parte în alta. Mobilitatea (fluiditatea) membranelor celulare facilitează transportul substanțelor prin membrană.

proteine ​​ale membranei celulare reprezentate în principal de glicoproteine. Distinge:

proteine ​​integrale pătrunzând prin toată grosimea membranei şi
proteinele periferice atașat numai la suprafața membranei, în principal la partea interioară a acesteia.

Proteine ​​periferice aproape toate funcționează ca enzime (acetilcolinesteraza, fosfataze acide și alcaline etc.). Dar unele enzime sunt reprezentate și de proteine ​​integrale - ATPaza.

proteine ​​integrale asigură un schimb selectiv de ioni prin canalele membranare între fluidul extracelular și intracelular și, de asemenea, acționează ca proteine ​​- purtători de molecule mari.

Receptorii și antigenii de membrană pot fi reprezentați atât prin proteine ​​​​integrale, cât și prin proteine ​​periferice.

Proteinele adiacente membranei din partea citoplasmatică îi aparțin citoscheletul celular . Se pot atasa de proteinele membranare.

Asa de, bandă de proteine ​​3 (numărul benzii în timpul electroforezei proteinelor) membranelor eritrocitare este combinat într-un ansamblu cu alte molecule de citoschelet - spectrina prin proteina cu greutate moleculară mică anchirina (Fig. 1.2).

Orez. 1.2 Schema de aranjare a proteinelor în citoscheletul membranar al eritrocitelor.
1 - spectrin; 2 - anchirina; 3 - banda proteică 3; 4 - banda proteica 4.1; 5 - banda proteică 4,9; 6 - oligomer de actină; 7 - proteina 6; 8 - gpicoforin A; 9 - membrana.

Spectrină este principala proteină a citoscheletului, constituind o rețea bidimensională de care este atașată actina.

actina formează microfilamente, care sunt aparatul contractil al citoscheletului.

citoscheletul permite celulei să prezinte proprietăți elastice flexibile, 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 semnificativ de acid sialic (de exemplu, molecula de glicoforină). Acest lucru oferă suprafeței majorității celulelor o sarcină negativă, ajutând la respingerea altor obiecte încărcate negativ. Proeminențele de carbohidrați ale glicoproteinelor poartă antigene de grup sanguin, alți determinanți antigenici ai celulei și acționează ca receptori de legare a hormonilor. Glicoproteinele formează molecule adezive care determină atașarea celulelor între ele, adică. 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 membrana lor sau în interiorul acesteia. Printre acestea se numără enzimele oxidative care joacă un rol important în modificarea elementelor hidrofobe ale membranelor - colesterolul etc. În membrane, când sunt activate enzimele - fosfolipaze, din acidul arahidonic se formează compuși biologic activi - prostaglandine și derivații acestora. Ca urmare a activării metabolismului fosfolipidelor în membrană, se formează tromboxani și leucotriene, care au un efect puternic asupra aderenței trombocitelor, inflamației etc.

Membrana suferă în mod constant procese de reînnoire a componentelor sale. . 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 au, de asemenea, o rată metabolică semnificativă., care necesită o cantitate mare de acizi grași pentru sinteza acestor componente membranare.
Specificul compoziției lipidice a membranelor celulare este afectat 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, duce la o modificare a raportului dintre fosfolipide și sfingomieline și lipide și proteine, care este favorabilă funcției 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 eritrocitelor, reduc microvâscozitatea membranei. Aceasta crește deformabilitatea eritrocitelor, facilitează funcția de transport a acestora (Capitolul 6).

Deficiență de acizi grași și colesterolîn alimente perturbă compoziția lipidică și funcția membranelor celulare.

De exemplu, o deficiență de grăsime perturbă funcția membranei neutrofile, care inhibă capacitatea acestora de a se mișca și fagocitoza (captarea și absorbția activă a obiectelor vii străine microscopice și a particulelor solide 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, care se formează în celulă în legătură cu reacțiile metabolice normale (oxidare microzomală etc.).

S-au format specii reactive de oxigen- 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 membranei 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.

În condiții fiziologice, intensificarea peroxidării lipidelor este reglată de sistemul antioxidant al celulelor, reprezentat de enzime care inactivează speciile reactive de oxigen - superoxid dismutaza, catalază, peroxidază și substanțe cu activitate antioxidantă - tocoferol (vitamina E), ubichinonă etc. efect protector 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 efortului fizic intens. Prostaglandinele, legându-se de receptori specifici de pe membranele celulare, stabilizează stratul dublu al acestora din urmă, reduc pierderea de fosfolipide de către membrane.

Funcțiile receptorului membranar

câmpuri_text

câmpuri_text

săgeată_în sus

Un semnal chimic sau mecanic este mai întâi perceput de receptorii membranei celulare. Consecința acestui fapt este modificarea chimică a proteinelor membranare, ceea ce duce la activarea „secunzilor mesageri” care asigură propagarea rapidă a semnalului în celulă către genomul acesteia, enzime, elemente contractile etc.

Schematic, semnalizarea transmembranară într-o celulă poate fi reprezentată după cum urmează:

1) Excitat de semnalul perceput, receptorul activează proteinele y ale membranei celulare. Acest lucru se întâmplă atunci când se leagă trifosfatul de guanozină (GTP).

2) Interacțiunea complexului „GTP-y-proteins”, la rândul său, activează enzima - precursorul mesagerilor secundari, situat pe partea interioară a membranei.

Precursorul unui mesager secundar - AMPc, 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, incluzând astfel diferite forme de răspuns celular. Cu ajutorul trifosfatului de inozitol și al diacilglicerolului, funcția mușchilor netezi și a celulelor B ale pancreasului este reglată de acetilcolină, factorul de eliberare a tiropinei hipofizarului anterior, răspunsul limfocitelor la antigen etc.
În unele celule, rolul celui de-al doilea mesager este îndeplinit de cGMP, care se formează 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 un al doilea mesager pentru mulți hormoni - adrenalină, eritropoietina etc. (Capitolul 3).

Toate organismele vii, în funcție de structura celulei, sunt împărțite în trei grupuri (vezi Fig. 1):

1. Procariote (non-nucleare)

2. Eucariote (nucleare)

3. Viruși (necelulari)

Orez. 1. Organisme vii

În această lecție, vom începe să studiem structura celulelor organismelor eucariote, care includ plante, ciuperci și animale. Celulele lor sunt cele mai mari și mai complexe în comparație cu celulele procariote.

După cum știți, celulele sunt capabile de activitate independentă. Ele pot face schimb de materie și energie cu mediul înconjurător, precum și să crească și să se înmulțească, astfel încât structura internă a celulei este foarte complexă și depinde în primul rând de funcția pe care o îndeplinește celula într-un organism multicelular.

Principiile de construcție a tuturor celulelor sunt aceleași. În fiecare celulă eucariotă, se pot distinge următoarele părți principale (vezi Fig. 2):

1. Membrana exterioară care separă conținutul celulei de mediul extern.

2. Citoplasmă cu organite.

Orez. 2. Principalele părți ale unei celule eucariote

Termenul de „membrană” a fost propus acum aproximativ o sută de ani pentru a desemna limitele celulei, dar odată cu dezvoltarea microscopiei electronice, a devenit clar că membrana celulară face parte din elementele structurale ale celulei.

În 1959, J. D. Robertson a formulat ipoteza membranei elementare, conform căreia membranele celulare ale animalelor și plantelor sunt construite după același tip.

În 1972, a fost propus de Singer și Nicholson, care este în prezent general acceptat. Conform acestui model, baza oricărei membrane este un strat dublu de fosfolipide.

În fosfolipide (compuși care conțin o grupă fosfat), moleculele constau dintr-un cap polar și două cozi nepolare (vezi Fig. 3).

Orez. 3. Fosfolipide

În stratul dublu fosfolipidic, reziduurile hidrofobe de acizi grași sunt orientate spre interior, în timp ce capetele hidrofile, inclusiv un reziduu de acid fosforic, sunt orientate spre exterior (vezi Fig. 4).

Orez. 4. Bistrat fosfolipidic

Bistratul fosfolipidic este prezentat ca o structură dinamică, lipidele se pot mișca, schimbându-și poziția.

Stratul dublu de lipide asigură funcția de barieră a membranei, împiedicând răspândirea conținutului celulei și împiedică intrarea substanțelor toxice în celulă.

Prezența unei membrane de graniță între celulă și mediu a fost cunoscută cu mult înainte de apariția microscopului electronic. Chimiștii fizicieni au negat existența membranei plasmatice și au crezut că există o interfață între conținutul coloidal viu și mediu, dar Pfeffer (un botanist și fiziolog de plante german) în 1890 a confirmat existența acesteia.

La începutul secolului trecut, Overton (fiziolog și biolog britanic) a descoperit că rata de penetrare a multor substanțe în eritrocite este direct proporțională cu solubilitatea lor în lipide. În acest sens, omul de știință a sugerat că membrana conține o cantitate mare de lipide și substanțe, care se dizolvă în ea, trec prin ea și se găsesc pe cealaltă parte a membranei.

În 1925, Gorter și Grendel (biologii americani) au izolat lipidele din membrana celulară a eritrocitelor. Lipidele rezultate au fost distribuite pe suprafața apei cu o grosime de o moleculă. S-a dovedit că suprafața ocupată de stratul lipidic este de două ori mai mare decât suprafața eritrocitei în sine. Prin urmare, acești oameni de știință au concluzionat că membrana celulară este formată nu dintr-un singur, ci două straturi de lipide.

Dawson și Danielli (biologi englezi) în 1935 au sugerat că în membranele celulare stratul lipidic bimolecular este închis între două straturi de molecule de proteine ​​(vezi Fig. 5).

Orez. 5. Modelul membranei propus de Dawson și Danielli

Odată cu apariția microscopului electronic, a devenit posibil să se familiarizeze cu structura membranei și apoi s-a constatat că membranele celulelor animale și vegetale arată ca o structură cu trei straturi (vezi Fig. 6).

Orez. 6. Membrana celulară la microscop

În 1959, biologul J. D. Robertson, combinând datele disponibile la acel moment, a formulat o ipoteză despre structura „membranei elementare”, în care a postulat o structură comună tuturor membranelor biologice.

postulatele lui Robertson privind structura „membranei elementare”

1. Toate membranele au o grosime de aproximativ 7,5 nm.

2. Într-un microscop electronic, toate par a fi în trei straturi.

3. Vederea în trei straturi a membranei este rezultatul exact al aranjamentului proteinelor și lipidelor polare, care a fost prevăzut de modelul Dawson și Danielli - stratul central lipidic este închis între două straturi de proteine.

Această ipoteză despre structura „membranei elementare” a suferit diverse modificări, iar în 1972 a fost propusă de model mozaic fluid al membranei(vezi Fig. 7), care este acum general acceptat.

Orez. 7. Modelul mozaic fluid al membranei

Moleculele de proteine ​​sunt scufundate în stratul dublu lipidic al membranei, formează un mozaic mobil. În funcție de locația lor în membrană și de modul în care interacționează cu stratul dublu lipidic, proteinele pot fi împărțite în:

- superficial (sau periferic) proteine ​​membranare asociate cu suprafața hidrofilă a stratului dublu lipidic;

- integral (membrană) proteine ​​încorporate în regiunea hidrofobă a stratului dublu.

Proteinele integrale diferă prin gradul de scufundare în regiunea hidrofobă a stratului dublu. Ele pot fi complet scufundate integrală) sau parțial scufundat ( semi-integral), și poate pătrunde și în membrană prin ( transmembranar).

Proteinele membranare pot fi împărțite în două grupe în funcție de funcțiile lor:

- structural proteine. Ele fac parte din membranele celulare și sunt implicate în menținerea structurii lor.

- dinamic proteine. Ele sunt localizate pe membrane și participă la procesele care au loc pe acestea.

Există trei clase de proteine ​​dinamice.

1. Receptor. Cu ajutorul acestor proteine, celula percepe diferite influențe pe suprafața sa. Adică, ele leagă în mod specific compuși precum hormoni, neurotransmițători, toxinele din exteriorul membranei, ceea ce servește ca semnal pentru modificarea diferitelor procese din interiorul celulei sau a membranei în sine.

2. Transport. Aceste proteine ​​transportă anumite substanțe prin membrană, ele formează și canale prin care diverși ioni sunt transportați în și din celulă.

3. Enzimatic. Acestea sunt proteine ​​enzimatice care se află în membrană și sunt implicate în diferite procese chimice.

Transportul substanțelor prin membrană

Straturile duble lipidice sunt în mare parte impermeabile la multe substanțe, astfel încât este necesară o cantitate mare de energie pentru a transporta substanțele prin membrană și este necesară și formarea diferitelor structuri.

Există două tipuri de transport: pasiv și activ.

Transport pasiv

Transportul pasiv este mișcarea moleculelor de-a lungul unui gradient de concentrație. Adică, este determinată numai de diferența de concentrație a substanței transferate pe părțile opuse ale membranei și se efectuează fără cheltuieli de energie.

Există două tipuri de transport pasiv:

- difuzie simplă(vezi Fig. 8), care are loc fără participarea proteinei membranare. Mecanismul difuziei simple este transferul transmembranar al gazelor (oxigen și dioxid de carbon), apei și a unor ioni organici simpli. Difuzia simplă este lentă.

Orez. 8. Difuziune simplă

- difuzie facilitată(vezi Fig. 9) diferă de simplu prin faptul că are loc cu participarea proteinelor purtătoare. Acest proces este specific și se desfășoară cu o rată mai mare decât difuzia simplă.

Orez. 9. Difuzare facilitată

Sunt cunoscute două tipuri de proteine ​​de transport membranar: proteine ​​purtătoare (translocaze) și proteine ​​care formează canale. Proteinele de transport leagă substanțe specifice și le transportă de-a lungul membranei de-a lungul gradientului lor de concentrație și, prin urmare, acest proces, ca în difuzia simplă, nu necesită cheltuirea energiei ATP.

Particulele alimentare nu pot trece prin membrană, ele pătrund în celulă prin endocitoză (vezi Fig. 10). În timpul endocitozei, membrana plasmatică formează invaginări și excrescențe, captează o particulă solidă de hrană. O vacuolă (sau veziculă) se formează în jurul bolusului alimentar, care apoi se desprinde de membrana plasmatică, iar particula solidă din vacuolă se află în interiorul celulei.

Orez. 10. Endocitoza

Există două tipuri de endocitoză.

1. Fagocitoză- absorbția particulelor solide. Se numesc celule specializate care efectuează fagocitoză fagocite.

2. pinocitoza- absorbția materialului lichid (soluție, soluție coloidală, suspensii).

exocitoză(vezi Fig. 11) - un proces invers la endocitoză. Substanțele sintetizate în celulă, cum ar fi hormonii, sunt împachetate în vezicule membranare care se potrivesc cu membrana celulară, sunt încorporate în aceasta, iar conținutul veziculei este ejectat din celulă. În același mod, celula poate scăpa de produsele metabolice inutile.

Orez. 11. Exocitoză

transport activ

Spre deosebire de difuzia facilitată, transportul activ este mișcarea substanțelor împotriva unui gradient de concentrație. În acest caz, substanțele se deplasează dintr-o zonă cu o concentrație mai mică într-o zonă cu o concentrație mai mare. Deoarece o astfel de mișcare are loc în direcția opusă difuziei normale, celula trebuie să cheltuiască energie în acest proces.

Printre exemplele de transport activ, așa-numita pompă de sodiu-potasiu este cel mai bine studiată. Această pompă pompează ioni de sodiu din celulă și pompează ionii de potasiu în celulă folosind energia ATP.

1. Structurale (membrana celulară separă celula de mediu).

2. Transport (substanțele sunt transportate prin membrana celulară, iar membrana celulară este un filtru foarte selectiv).

3. Receptor (receptorii situati la suprafata membranei percep influentele externe, transmit aceste informatii in celula, permitandu-i sa raspunda rapid la schimbarile mediului).

Pe lângă cele enumerate mai sus, membrana îndeplinește și o funcție metabolică și de conversie a energiei.

functie metabolica

Membranele biologice participă direct sau indirect la procesele de transformare metabolică a substanțelor din celulă, deoarece majoritatea enzimelor sunt asociate cu membrane.

Mediul lipidic al enzimelor din membrană creează anumite condiții pentru funcționarea lor, impune restricții asupra activității proteinelor membranare și, astfel, are un efect de reglare asupra proceselor metabolice.

Funcția de conversie a energiei

Cea mai importantă funcție a multor biomembrane este transformarea unei forme de energie în alta.

Membranele care convertesc energie includ membranele interne ale mitocondriilor, tilacoizii cloroplastelor (vezi Fig. 12).

Orez. 12. Mitocondrii și cloroplaste

Bibliografie

1. Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. Biologie generală clasa 10-11 Butarda, 2005.
2. Biologie. Clasa 10. Biologie generală. Nivel de bază / P.V. Izhevsky, O.A. Kornilova, T.E. Loshchilin și alții - a 2-a ed., revizuită. - Ventana-Graf, 2010. - 224 pagini.
3. Belyaev D.K. Biologie clasa 10-11. Biologie generală. Un nivel de bază de. - Ed. a 11-a, stereotip. - M.: Educație, 2012. - 304 p.
4. Agafonova I.B., Zakharova E.T., Sivoglazov V.I. Biologie clasa 10-11. Biologie generală. Un nivel de bază de. - Ed. a VI-a, add. - Butarda, 2010. - 384 p.

1. Ayzdorov.ru ().
2. Youtube.com().
3. Doctor-v.ru ().
4. Animals-world.ru ().

Teme pentru acasă

1. Care este structura unei membrane celulare?
2. Care sunt proprietățile lipidelor de a forma membrane?
3. Datorită ce funcții sunt proteinele capabile să participe la transportul de substanțe prin membrană?
4. Enumerați funcțiile membranei plasmatice.
5. Cum are loc transportul pasiv prin membrană?
6. Cum are loc transportul activ prin membrană?
7. Care este funcția pompei de sodiu-potasiu?
8. Ce este fagocitoza, pinocitoza?

membrana celulara (de asemenea, citolemă, plasmalemă sau membrană plasmatică) - o structură moleculară elastică formată din proteine ​​și lipide. Separă conținutul oricărei celule de mediul extern, asigurând integritatea acesteia; reglează schimbul dintre celulă și mediu; membranele intracelulare împart celula în compartimente închise specializate - compartimente sau organite, în care sunt menținute anumite condiții de mediu.

Dacă există unul în celulă (de obicei în celulele vegetale), acesta acoperă membrana celulară.

Membrana celulară este un strat dublu (dublu strat) de molecule din clasa lipidelor, dintre care majoritatea sunt așa-numitele lipide complexe - fosfolipide. Moleculele de lipide au o parte hidrofilă („cap”) și una hidrofobă („coadă”). În timpul formării membranelor, porțiunile hidrofobe ale moleculelor se întorc spre interior, în timp ce porțiunile hidrofile se întorc spre exterior. Membrana biologică include, de asemenea, diferite proteine:

• integrală (pătrunde prin membrana),
• semi-integral (cufundat la un capăt în stratul lipidic exterior sau interior),
• superficial (situat pe partea exterioară sau adiacentă părților interioare ale membranei).

Unele proteine ​​sunt punctele de contact ale membranei celulare cu citoscheletul din interiorul celulei și peretele celular în exterior.

Functiile membranei:

• Bariera - asigura un metabolism reglat, selectiv, pasiv si activ cu mediul.
• Transport - prin membrană, substanțele sunt transportate în celulă și în afara celulei. Transportul prin membrane asigură: livrarea nutrienților, îndepărtarea produșilor finali ai metabolismului, secreția diferitelor substanțe, crearea gradienților ionici, menținerea pH-ului optim în celulă și concentrația de ioni care sunt necesari pentru funcționarea enzime celulare.
• Matricea - 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 important în asigurarea funcției mecanice.
• 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.

Membranele sunt compuse din trei clase de lipide:

• fosfolipide,
• glicolipide,
• colesterolul.

Fosfolipide și glicolipide(lipidele cu carbohidrați atașați) constau din două „cozi” lungi de hidrocarburi hidrofobe care sunt conectate la un „cap” hidrofil încărcat.

colesterolul conferă membranei rigiditate, ocupând spațiul liber dintre cozile hidrofobe ale lipidelor și nepermițându-le să se îndoaie. Prin urmare, membranele cu un conținut scăzut de colesterol sunt mai flexibile, în timp ce cele cu un conținut ridicat de colesterol sunt mai rigide și mai casante. Colesterolul servește, de asemenea, ca un „oprior” care împiedică mișcarea moleculelor polare din și în celulă.

O parte importantă a membranei este proteine, pătrunzând în ea și responsabilă de diferite proprietăți ale membranelor. Compoziția și orientarea lor în diferite membrane diferă. Alături de proteine ​​sunt lipidele inelare - sunt mai ordonate, mai puțin mobile, conțin mai mulți acizi grași saturați și sunt eliberate din membrană împreună cu proteina. Fără lipide inelare, proteinele membranare nu funcționează.

Membranele celulare sunt adesea asimetric adică straturile diferă în ceea ce privește compoziția lipidică, stratul exterior conține în principal fosfatidilinozitol, fosfatidilcolină, sfingomieline și glicolipide, în timp ce stratul interior conține fosfatidilserina, fosfatidiletanolamină și fosfatidilinozitol. Trecerea unei molecule individuale de la un strat la altul (așa-numitul flip flop) este dificilă, dar poate avea loc spontan, aproximativ o dată la 6 luni, sau cu ajutorul proteinelor flippaze și scramblase ale membranei plasmatice. Dacă fosfatidilserina apare în stratul exterior, acesta este un semnal pentru ca macrofagele să distrugă celula.

Organele membranare- Acestea sunt secțiuni închise simple sau interconectate ale citoplasmei, separate de hialoplasmă prin membrane. Organelele cu o singură membrană includ reticulul endoplasmatic, aparatul Golgi, lizozomii, vacuolele, peroxizomii; la două membrane - nucleul, mitocondriile, plastide. Structura membranelor diferitelor organite diferă în compoziția lipidelor și a proteinelor membranare.

Membranele celulare au permeabilitate selectivă: glucoza, aminoacizii, acizii grași, glicerolul și ionii difuzează încet prin ele, iar membranele în sine reglează activ acest proces într-o anumită măsură - unele substanțe trec, în timp ce 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 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 membrana prin și prin, formând un fel de trecere. Elementele K, Na și Cl au propriile lor canale. În ceea ce privește gradientul de concentrație, moleculele acestor elemente se deplasează în interior și în afara celulei. Când sunt iritate, canalele ionice de sodiu se deschid și există un aflux puternic de ioni de sodiu în celulă. Acest lucru are ca rezultat un dezechilibru în potențialul membranei. După aceea, potențialul membranei este restabilit. Canalele de potasiu sunt întotdeauna deschise, prin care ionii de potasiu intră încet în celulă.