Membrane imaju mnogo različitih funkcija:
membrane određuju oblik organele ili stanice;
prepreka: kontrolirati izmjenu topljivih tvari (na primjer, Na +, K +, Cl - ioni) između unutarnjeg i vanjskog odjeljka;
energičan: sinteza ATP-a na unutarnjim membranama mitohondrija i fotosinteza u membranama kloroplasta; formiraju površinu za tečenje kemijske reakcije(fosforilacija na mitohondrijskim membranama);
su struktura koja omogućuje prepoznavanje kemijskih signala (hormonski i neurotransmiterski receptori nalaze se na membrani);
igraju ulogu u međustaničnoj komunikaciji i potiču kretanje stanica.
Transport preko membrane. Membrana ima selektivnu propusnost za topljive tvari, što je potrebno za:
odvajanje stanice od izvanstanične okoline;
osiguravanje prodiranja u stanicu i zadržavanje u njoj potrebnih molekula (kao što su lipidi, glukoza i aminokiseline), kao i uklanjanje metaboličkih proizvoda (uključujući i one nepotrebne) iz stanice;
održavajući transmembranski ionski gradijent.
Unutarstanične organele također mogu imati selektivno propusnu membranu. Na primjer, u lizosomima, membrana održava koncentraciju vodikovih iona (H +) 1000-10000 puta veću nego u citosolu.
Transport preko membrane može biti pasivno, lagana ili aktivan.
Pasivni transport je kretanje molekula ili iona duž koncentracijskog ili elektrokemijskog gradijenta. To može biti jednostavna difuzija, kao u slučaju plinova (npr. O 2 i CO 2) ili jednostavnih molekula (etanol) koji prodiru kroz plazma membranu. Jednostavnom difuzijom male molekule otopljene u izvanstaničnoj tekućini potom se otapaju u membrani, a zatim u intracelularnoj tekućini. Ovaj proces je nespecifičan, dok je brzina prodiranja kroz membranu određena stupnjem hidrofobnosti molekule, odnosno njenom topljivošću u mastima. Brzina difuzije kroz lipidni dvosloj izravno je proporcionalna hidrofobnosti kao i transmembranskom koncentracijskom gradijentu ili elektrokemijskom gradijentu.
Olakšana difuzija je brzo kretanje molekula kroz membranu pomoću specifičnih membranskih proteina zvanih permeaze. Ovaj proces je specifičan, odvija se brže od jednostavne difuzije, ali ima ograničenje brzine transporta.
Olakšana difuzija obično je karakteristična za tvari topljive u vodi. Većina (ako ne i svi) membranski transporteri su proteini. Specifičan mehanizam funkcioniranja prijenosnika u olakšanoj difuziji nije dovoljno istražen. Oni mogu, na primjer, osigurati prijenos putem rotacijsko gibanje u membrani. V U posljednje vrijeme pojavile su se informacije da proteini nosači u kontaktu s transportiranom tvari mijenjaju svoju konformaciju, zbog čega se u membrani otvaraju svojevrsna "vrata" ili kanali. Te promjene nastaju zbog energije koja se oslobađa kada se transportirana tvar veže na protein. Moguć je i prijenos relejnog tipa. U tom slučaju, sam nosač ostaje nepomičan, a ioni migriraju duž njega s jedne hidrofilne veze na drugu.
Kao model za ovu vrstu nositelja može poslužiti antibiotik gramicidin. U lipidnom sloju membrane, njegova duga linearna molekula poprima oblik spirale i tvori hidrofilni kanal kroz koji ion K može migrirati duž gradijenta.
Eksperimentalni dokazi o postojanju prirodnih kanala u biološke membrane Oh. Transportni proteini su vrlo specifični u odnosu na tvar koja se transportira kroz membranu, po mnogim svojstvima nalik na enzime. Visoko su osjetljivi na pH, kompetitivno ih inhibiraju spojevi slične strukture transportiranoj tvari, a nekonkurentno su sredstvima koja mijenjaju specifične funkcionalne skupine proteina.
Olakšana difuzija razlikuje se od obične difuzije ne samo po brzini, već i po sposobnosti zasićenja. Povećanje brzine prijenosa tvari događa se proporcionalno porastu gradijenta koncentracije samo do određenih granica. Potonji je određen "snagom" nosača.
Aktivni transport je kretanje iona ili molekula kroz membranu protiv gradijenta koncentracije zbog energije hidrolize ATP-a. Postoje tri glavne vrste aktivnog transporta iona:
natrij-kalijeva pumpa - Na + / K + -adenozin trifosfataza (ATPaza), koja nosi Na + prema van, a K + prema unutra;
kalcijeva (Ca 2+) pumpa - Ca 2+ -ATPaza, koja prenosi Ca 2+ iz stanice ili citosola u sarkoplazmatski retikulum;
protonska pumpa - H + -ATPaza. Gradijent iona stvoren aktivnim transportom može se koristiti za aktivni transport drugih molekula, kao što su neke aminokiseline i šećeri (sekundarni aktivni transport).
Suprevoz- Ovo je transport iona ili molekule, zajedno s prijenosom drugog iona. Simport- istovremeni prijenos obje molekule u jednom smjeru; protuluka- simultani prijenos obje molekule u suprotnim smjerovima. Ako transport nije spojen s prijenosom drugog iona, taj se proces naziva uniforma... Ko-transport je moguć i uz olakšanu difuziju i tijekom aktivnog transporta.
Glukoza se može transportirati olakšanom difuzijom tipa simptoma. Cl - i HCO 3 - ioni se transportiraju kroz membranu eritrocita olakšanom difuzijom pomoću nosača zvanog staza 3, poput antiporta. U ovom slučaju, Cl - i HCO 3 - se transportiraju u suprotnim smjerovima, a smjer transporta je određen prevladavajućim gradijentom koncentracije.
Aktivni transport iona protiv gradijenta koncentracije zahtijeva energiju koja se oslobađa tijekom hidrolize ATP-a u ADP: ATP ADP + F (anorganski fosfat). Aktivni transport, kao i olakšanu difuziju, karakterizira specifičnost, ograničenje maksimalne brzine (tj. kinetička krivulja doseže plato) i prisutnost inhibitora. Primjer je primarni aktivni transport koji provodi Na + / K + - ATPaza. Za funkcioniranje ovog enzimskog antiport sustava neophodna je prisutnost iona Na +, K + i magnezija. Prisutan je u gotovo svim životinjskim stanicama, a njegova je koncentracija posebno visoka u podražljivim tkivima (npr. u živcima i mišićima) i u stanicama koje aktivno sudjeluju u kretanju Na+ kroz plazma membranu (npr. korteks bubrega i žlijezda slinovnica) ...
Sam enzim ATPaza je oligomer koji se sastoji od 2 -podjedinice od 110 kDa i 2 glikoproteinske podjedinice od 55 kDa svaka .. tijekom hidrolize ATP-a dolazi do reverzibilne fosforilacije određenog aspartatnog ostatka na -subjunction -aspartama s stvaranjem fosfat.+ Na je potreban za fosforilaciju.Mg 2+, ali ne K+, dok je za defosforilaciju potreban K+, ali ne Na+ ili Mg 2+. Opisana su dva konformacijska stanja proteinskog kompleksa s različitim energetskim razinama, koja se obično označavaju E 1 i E 2, pa se ATPaza naziva i tip nosača E 1 - E 2 ... Srčani glikozidi, na primjer digoksin i ouabain, inhibiraju aktivnost ATPaze .. Ouabain se, zbog svoje dobre topljivosti u vodi, naširoko koristi u eksperimentalno istraživanje za proučavanje natrijeve pumpe.
Općeprihvaćeni koncept rada Na + / K + - ATPaze je sljedeći. Ioni Na i ATP vezani su za molekulu ATPaze u prisutnosti Mg 2+. Vezanje Na iona pokreće reakciju hidrolize ATP-a, uslijed koje nastaje ADP i fosforilirani oblik enzima. Fosforilacija inducira prijelaz enzimskog proteina u novo konformacijsko stanje i mjesto ili mjesta koja nose Na su okrenuti prema vanjskom okruženju. Ovdje se Na + zamjenjuje za K +, budući da je fosforilirani oblik enzima karakteriziran visokim afinitetom za K. ione, obrnuti prijelaz enzima u izvornu konformaciju inicira se hidrolitičkim cijepanjem fosforilne skupine u obliku anorganskog fosfata i popraćeno je oslobađanjem K + u unutarnji prostor stanice. Defosforilirano aktivno mjesto enzima može vezati novu molekulu ATP-a i ciklus se ponavlja.
Količine K i Na iona koje ulaze u stanicu kao rezultat rada crpke nisu međusobno jednake. Za tri uklonjena Na iona postoje dva uvedena K iona uz istovremenu hidrolizu jedne ATP molekule. Otvaranje i zatvaranje kanala na suprotnim stranama membrane i naizmjenična promjena učinkovitosti vezanja Na i K osigurava energija hidrolize ATP-a. Preneseni ioni - Na i K - su kofaktori ove enzimske reakcije. U teoriji, moguće je zamisliti široku paletu crpki koje rade na ovom principu, iako je trenutno poznato samo nekoliko njih.
Transport glukoze. Prijenos glukoze može se odvijati i putem olakšane difuzije i aktivnog transporta, u prvom slučaju teče kao jednostruki, u drugom kao simptom. Glukoza se može transportirati do crvenih krvnih stanica olakšanom difuzijom. Michaelisova konstanta (K m) za transport glukoze u eritrocite je približno 1,5 mmol/L (to jest, pri ovoj koncentraciji glukoze, oko 50% dostupnih molekula permeaze bit će vezano na molekule glukoze). Budući da je koncentracija glukoze u ljudskoj krvi 4-6 mmol / l, njezina apsorpcija od strane eritrocita događa se gotovo maksimalnom brzinom. Specifičnost permeaze očituje se već u tome što se L-izomer gotovo ne transportira do eritrocita, za razliku od D-galaktoze i D-manoze, već su njihove veće koncentracije potrebne za postizanje poluzasićenosti transportnog sustava. Jednom u stanici, glukoza se fosforilira i više ne može napustiti stanicu. Glukozna permeaza se također naziva D-heksozna permeaza. To je integralni membranski protein s molekulskom težinom od 45 kDa.
Glukoza se također može transportirati pomoću Na +-ovisnog sustava simptoma koji se nalazi u plazma membranama brojnih tkiva, uključujući bubrežne tubule i crijevni epitel. U ovom slučaju, jedna molekula glukoze transportira se olakšanom difuzijom protiv gradijenta koncentracije, a jedan Na ion - duž gradijenta koncentracije. Cijeli sustav u konačnici funkcionira zahvaljujući pumpnoj funkciji Na + / K + - ATPaze. Dakle, symport je sekundarni aktivni transportni sustav. Aminokiseline se prenose na sličan način.
Ca 2+ pumpa je aktivni transportni sustav tipa E 1 - E 2, koji se sastoji od integralnog membranskog proteina, koji se fosforilira na aspartatnom ostatku u procesu prijenosa Ca 2+. Tijekom hidrolize svake molekule ATP-a prenose se dva iona Ca 2+. U eukariotskim stanicama Ca 2+ se može vezati na protein koji veže kalcij tzv kalmodulin, a cijeli kompleks se veže na Ca 2+ pumpu. Troponin C i parvalbumin također su proteini koji vežu Ca 2+.
Ca ioni, poput Na iona, aktivno se uklanjaju iz stanica Ca 2+ -ATPazom. Membrane endoplazmatskog retikuluma sadrže posebno veliku količinu proteina kalcijeve pumpe. Lanac kemijskih reakcija koje dovode do hidrolize ATP-a i prijenosa Ca 2+ može se zapisati u obliku sljedećih jednadžbi:
2Ca n + ATP + E 1 Ca 2 - E - P + ADP
Ca 2 - E - P 2Ca int + PO 4 3- + E 2
Gdje je San Ca2 + vani;
Ca int - Ca 2+ iznutra;
E 1 i E 2 različite su konformacije enzima nosača, čiji je prijelaz s jedne na drugu povezan s korištenjem energije ATP.
Sustav aktivnog uklanjanja H + iz citoplazme podržavaju dvije vrste reakcija: aktivnost lanca prijenosa elektrona (redox lanac) i ATP hidroliza. I redoks i hidrolitička H + crpka nalaze se u membranama sposobnim za pretvaranje svjetlosne ili kemijske energije u H + energiju (to jest, plazma membrane prokariota, konjugirajuće membrane kloroplasta i mitohondrija). Kao rezultat rada H + ATPaze i/ili redoks lanca, protoni se translociraju, a na membrani nastaje protonska pokretačka sila (H +). Elektrokemijski gradijent vodikovih iona, kako pokazuju studije, može se koristiti za konjugirani transport (sekundarni aktivni transport) veliki broj metaboliti - anioni, aminokiseline, šećeri itd.
Aktivnost plazma membrane povezana je s apsorpcijom čvrstih i tekućih tvari velike molekularne mase od strane stanice, - fagocitoza i pinocitoza(iz gerč. phagos- tamo je , pinos- piće, cytos- stanica). Stanična membrana tvori džepove, ili invaginacije, koji uvlače tvari izvana. Tada se takve invaginacije odvajaju i okružuju membranom kapljicom vanjske sredine (pinocitoza) ili čvrstim česticama (fagocitoza). Pinocitoza se opaža u raznim stanicama, posebno u onim organima gdje se odvijaju procesi apsorpcije.
1 - polarna glava molekule fosfolipida
2 - rep masne kiseline molekule fosfolipida
3 - integralni protein
4 - periferni protein
5 - poluintegralni protein
6 - glikoprotein
7 - glikolipid
Vanjska stanična membrana svojstvena je svim stanicama (životinjskim i biljnim), ima debljinu od oko 7,5 (do 10) nm i sastoji se od lipidnih i proteinskih molekula.
Trenutačno, uobičajeni model tekućeg mozaika stanična membrana... Prema ovom modelu, molekule lipida raspoređene su u dva sloja, pri čemu su njihovi vodoodbojni krajevi (hidrofobni - topljivi u masti) okrenuti jedan prema drugome, a vodotopivi (hidrofilni) krajevi - prema periferiji. Molekule proteina ugrađene su u lipidni sloj. Neki od njih se nalaze na vanjskoj ili unutarnjoj površini lipidnog dijela, drugi su djelomično potopljeni ili prodiru kroz membranu.
Funkcije membrane :
Zaštitni, granica, barijera;
Prijevoz;
Receptor - provodi se na račun proteina - receptora koji imaju selektivnu sposobnost na određene tvari (hormone, antigene itd.), ulaze s njima u kemijske interakcije, provode signale u stanicu;
Sudjeluju u stvaranju međustaničnih kontakata;
Omogućuju kretanje nekih stanica (pokret amebe).
Životinjske stanice imaju tanak sloj glikokaliksa na vrhu vanjske stanične membrane. To je kompleks ugljikohidrata s lipidima i ugljikohidrata s proteinima. Glikokaliks je uključen u međustanične interakcije. Citoplazmatske membrane većine staničnih organela imaju potpuno istu strukturu.
Imati biljne stanice izvan citoplazmatske membrane. smještena stanične stijenke sastavljena od celuloze.
Prijenos tvari kroz citoplazmatsku membranu .
Dva su glavna mehanizma za ulazak tvari u stanicu ili iz nje:
1. Pasivni transport.
2. Aktivni transport.
Pasivni transport tvari odvija se bez potrošnje energije. Primjer takvog transporta je difuzija i osmoza, u kojoj se kretanje molekula ili iona vrši iz područja s visokom koncentracijom u područje s nižom koncentracijom, na primjer, molekule vode.
Aktivni transport – kod ove vrste transporta molekule ili ioni prodiru kroz membranu protiv gradijenta koncentracije, što zahtijeva energiju. Primjer aktivnog transporta je natrij-kalijeva pumpa, koja aktivno ispumpava natrij iz stanice i apsorbira kalijeve ione iz vanjskog okruženja, prenoseći ih u stanicu. Pumpa je poseban membranski protein koji je pokreće s ATP-om.
Aktivni transport održava stalan volumen stanice i membranski potencijal.
Transport tvari može se provesti endocitozom i egzocitozom.
Endocitoza je prodiranje tvari u stanicu, egzocitoza je iz stanice.
Tijekom endocitoze, plazma membrana stvara invaginaciju ili izrasline, koje zatim obavijaju tvar i, odvajajući se, pretvaraju se u mjehuriće.
Postoje dvije vrste endocitoze:
1) fagocitoza - apsorpcija čvrstih čestica (fagocitnih stanica),
2) pinocitoza - apsorpcija tekućeg materijala. Pinocitoza je karakteristična za ameboidne protozoe.
Eksocitozom se iz stanica uklanjaju različite tvari: iz probavnih vakuola uklanjaju se neprobavljeni ostaci hrane, a iz sekretornih stanica odstranjuje se njihov tekući sekret.
citoplazma -(citoplazma + jezgra tvore protoplazmu). Citoplazma se sastoji od vodene bazične tvari (citoplazmatski matriks, hijaloplazma, citosol) i raznih organela i inkluzija u njoj.
Uključci- otpadni proizvodi stanica. Postoje 3 skupine inkluzija - trofičke, sekretorne (stanice žlijezda) i posebne (pigmentne) vrijednosti.
organele - to su trajne strukture citoplazme koje obavljaju određene funkcije u stanici.
Odredite organele ukupna vrijednost i posebne. Posebni se nalaze u većini stanica, ali su prisutni u značajnim količinama samo u stanicama koje obavljaju određenu funkciju. To uključuje mikrovile crijevnih epitelnih stanica, cilije epitela dušnika i bronha, flagele, miofibrile (omogućuju kontrakciju mišića itd.).
Organele od općeg značaja uključuju EPS, Golgijev kompleks, mitohondrije, ribosome, lizosome, centriole staničnog centra, peroksisome, mikrotubule, mikrofilamente. U biljnim stanicama - plastidi, vakuole. Organele od općeg značaja mogu se podijeliti na organele s membranskom i nemembranskom strukturom.
Organele s membranskom strukturom su dvomembranske i jednomembranske. Mitohondrije i plastidi se nazivaju dvije membrane. Na jednomembranski - endoplazmatski retikulum, Golgijev kompleks, lizosomi, peroksisomi, vakuole.
Organele bez membrana: ribosomi, stanični centar, mikrotubule, mikrofilamenti.
mitohondrije – to su organele okruglog ili ovalnog oblika. Sastoje se od dvije membrane: unutarnje i vanjske. Unutarnja membrana ima izrasline - kriste, koje dijele mitohondrije u odjeljke. Odjeljci su ispunjeni tvari - matriksom. Matrica sadrži DNA, mRNA, tRNA, ribosome, kalcijeve i magnezijeve soli. Ovdje se odvija autonomna biosinteza proteina. Glavna funkcija mitohondrija je sinteza energije i njezino nakupljanje u molekulama ATP-a. Novi mitohondriji nastaju u stanici kao rezultat diobe starih.
Plastidi – organele koje se nalaze pretežno u biljnim stanicama. Tri su vrste: kloroplasti koji sadrže zeleni pigment; kromoplasti (pigmenti crvene, žute, narančaste boje); leukoplasti (bezbojni).
Kloroplasti, zahvaljujući zelenom pigmentu klorofilu, u stanju su sintetizirati organske tvari iz anorganskih, koristeći energiju sunca.
Kromoplasti daju svijetle boje cvijeću i plodovima.
Leukoplasti su u stanju akumulirati rezervne hranjive tvari: škrob, lipide, proteine itd.
Endoplazmatski retikulum ( EPS ) je složen sustav vakuola i kanala, koji su ograničeni membranama. Razlikovati glatki (agranularni) i grubi (granularni) EPS. Smooth nema ribosome na svojoj membrani. Sintetizira lipide, lipoproteine, akumulira i uklanja otrovne tvari iz stanice. Zrnati EPS ima membranske ribosome u kojima se sintetiziraju proteini. Zatim proteini ulaze u Golgijev kompleks, a odatle prema van.
Golgijev kompleks (Golgijev aparat) je hrpa spljoštenih membranskih vrećica – cisterni i s njima povezanih sustava vezikula. Hrpa cisterni naziva se diktiosom.
Funkcije Golgijevog kompleksa : modifikacija proteina, sinteza polisaharida, transport tvari, stvaranje stanične membrane, stvaranje lizosoma.
lizosomi – su membranom okružene vezikule koje sadrže enzime. Oni provode unutarstanično cijepanje tvari i dijele se na primarne i sekundarne. Primarni lizosomi sadrže enzime u neaktivnom obliku. Nakon ulaska u organele razne tvari enzimi se aktiviraju i počinje proces probave – to su sekundarni lizosomi.
Peroksizomi imaju oblik mjehurića omeđenih jednom membranom. Sadrže enzime koji razgrađuju vodikov peroksid, koji je toksičan za stanice.
Vakuole – to su organele biljnih stanica koje sadrže stanični sok. V stanični sok mogu postojati rezervne hranjive tvari, pigmenti, otpadni proizvodi. Vakuole sudjeluju u stvaranju turgorskog tlaka, u regulaciji metabolizma vode i soli.
ribosomi – organele, koje se sastoje od velikih i malih podjedinica. Mogu se nalaziti ili na EPS-u, ili mogu biti smješteni slobodno u stanici, tvoreći polisome. Sastoje se od rRNA i proteina i formiraju se u nukleolu. Biosinteza proteina odvija se u ribosomima.
Stanični centar – nalazi se u stanicama životinja, gljiva, nižih biljaka i nema ga u višim biljkama. Sastoji se od dva centriola i radijantne kugle. Centriol ima oblik šupljeg cilindra čija se stijenka sastoji od 9 trojki mikrotubula. Tijekom diobe stanice tvore niti mitotičkog vretena, koje osiguravaju divergenciju kromatida u anafazi mitoze i homolognih kromosoma tijekom mejoze.
Mikrotubule – cjevaste formacije različitih duljina. Oni su dio centriola, mitotičkog vretena, flagela, cilija, obavljaju potpornu funkciju, promiču kretanje unutarstaničnih struktura.
Mikrofilamenti – filamentozne tanke formacije koje se nalaze u cijeloj citoplazmi, ali ih je posebno mnogo ispod stanične membrane. Zajedno s mikrotubulama tvore citoskelet stanice, određuju protok citoplazme, unutarstanično kretanje vezikula, kloroplasta i drugih organela.
Evolucija stanice
Postoje dvije faze u evoluciji stanice:
1.Kemijska.
2. Biološki.
Kemijska faza započela je prije oko 4,5 milijardi godina. Pod utjecajem ultraljubičasto zračenje, zračenje, pražnjenja munje (izvori energije), formiranje prvih jednostavnih kemijski spojevi- monomeri, a zatim i složeniji - polimeri i njihovi kompleksi (ugljikohidrati, lipidi, proteini, nukleinske kiseline).
Biološka faza formiranja stanica počinje pojavom probionata - zasebnih složenih sustava sposobnih za samoreprodukciju, samoregulaciju i prirodnu selekciju. Probioti su se pojavili prije 3-3,8 milijardi godina. Prve prokariotske stanice, bakterije, potječu od probionata. Eukariotske stanice evoluirale su iz prokariota (prije 1-1,4 milijarde godina) na dva načina:
1) Simbiozom nekoliko prokariotskih stanica - ovo je simbiotska hipoteza;
2) Invaginacijom stanične membrane. Bit hipoteze o invaginaciji je da je prokariotska stanica sadržavala nekoliko genoma vezanih za staničnu membranu. Zatim se dogodila invaginacija - invaginacija, vezanje stanične membrane, i ti su se genomi pretvorili u mitohondrije, kloroplaste i jezgru.
Diferencijacija i specijalizacija stanica .
Diferencijacija je stvaranje različitih vrsta stanica i tkiva tijekom razvoja višestaničnog organizma. Jedna od hipoteza povezuje diferencijaciju s ekspresijom gena tijekom individualnog razvoja. Ekspresija je proces uključivanja određenih gena u rad, čime se stvaraju uvjeti za usmjerenu sintezu tvari. Stoga dolazi do razvoja i specijalizacije tkiva u jednom ili drugom smjeru.
Slične informacije.
Stanična membrana naziva se i plazma (ili citoplazmatska) membrana i plazmalema. Ova struktura ne samo da odvaja unutarnji sadržaj stanice od vanjskog okruženja, već također ulazi u sastav većine staničnih organela i jezgre, zauzvrat ih odvaja od hijaloplazme (citosola) - viskozno-tekućeg dijela citoplazme. Dogovorimo se da se javimo cyto plazma membrana onaj koji odvaja sadržaj stanice od vanjskog okruženja. Ostali pojmovi označavaju sve membrane.
Struktura stanične (biološke) membrane temelji se na dvostrukom sloju lipida (masti). Formiranje takvog sloja povezano je s osobitostima njihovih molekula. Lipidi se ne otapaju u vodi, već se kondenziraju na svoj način. Jedan dio jedne molekule lipida je polarna glava (privlači je voda, odnosno hidrofilna je), a drugi je par dugih nepolarnih repova (ovaj dio molekule odbija voda, tj. je, hidrofoban je). Ovakva struktura molekula tjera ih da "sakrije" rep od vode i okreću svoje polarne glave prema vodi.
Kao rezultat toga nastaje dvostruki lipidni sloj u kojem su nepolarni repovi unutra (okrenuti jedni prema drugima), a polarne glave okrenute prema van (prema okolini i citoplazmi). Površina takve membrane je hidrofilna, ali iznutra je hidrofobna.
U staničnim membranama, među lipidima, prevladavaju fosfolipidi (odnosi se na složene lipide). Njihove glave sadrže ostatke fosforne kiseline. Osim fosfolipida, tu su i glikolipidi (lipidi + ugljikohidrati) i kolesterol (odnosi se na sterole). Potonji daje krutost membrani, budući da se nalazi u njezinoj debljini između repova preostalih lipida (kolesterol je potpuno hidrofoban).
Zbog elektrostatičke interakcije, neke proteinske molekule su vezane za nabijene lipidne glave, koje postaju proteini površinske membrane. Drugi proteini stupaju u interakciju s nepolarnim repovima, djelomično urone u dvostruki sloj ili prodiru kroz njega.
Dakle, stanična membrana se sastoji od dvostrukog sloja lipida, površinskih (perifernih), potopljenih (poluintegralnih) i propusnih (integralnih) proteina. Osim toga, neki proteini i lipidi na vanjskoj strani membrane povezani su s lancima ugljikohidrata.
Ovaj fluid-mozaični model strukture membrane pokrenut je 70-ih godina XX stoljeća. Prije toga pretpostavljen je sendvič model strukture prema kojem je lipidni dvosloj unutra, a s unutarnje i vanjske strane membrana je prekrivena kontinuiranim slojevima površinskih proteina. Međutim, akumulacija eksperimentalnih podataka opovrgnula je ovu hipotezu.
Debljina membrana u različitim stanicama je oko 8 nm. Membrane (čak i različite strane iste) razlikuju se u postotku različiti tipovi lipidi, proteini, enzimska aktivnost itd. Neke su membrane tekućije i propusnije, druge su gušće.
Rupture stanične membrane lako se spajaju zbog fizikalno-kemijskih karakteristika lipidnog dvosloja. U ravnini membrane kreću se lipidi i proteini (osim ako nisu fiksirani citoskeletom).
Funkcije stanične membrane
Većina proteina uronjenih u staničnu membranu obavlja enzimsku funkciju (oni su enzimi). Često (osobito u membranama staničnih organela) enzimi su raspoređeni u određenom slijedu tako da produkti reakcije katalizirani jednim enzimom prelaze u drugi, zatim treći itd. Formira se transporter koji stabilizira površinske proteine, jer oni ne dopustiti enzimima da plutaju duž lipidnog dvosloja.
Stanična membrana obavlja graničnu (barijernu) funkciju od okoliša, a ujedno i transportnu funkciju. Možemo reći da je to njegova najvažnija namjena. Citoplazmatska membrana, koja posjeduje snagu i selektivnu propusnost, održava postojanost unutarnjeg sastava stanice (njezinu homeostazu i integritet).
U tom slučaju dolazi do transporta tvari različiti putevi... Prijenos gradijenta koncentracije uključuje kretanje tvari iz područja s višom koncentracijom u područje s nižom (difuzija). Na primjer, plinovi (CO 2, O 2) difundiraju.
Postoji i transport protiv gradijenta koncentracije, ali uz utrošak energije.
Transport je pasivan i lagan (kada mu pomogne neki prijevoznik). Za tvari topljive u mastima moguća je pasivna difuzija kroz staničnu membranu.
Postoje posebni proteini koji čine membrane propusnim za šećere i druge tvari topljive u vodi. Ti se nosači vežu za transportirane molekule i vuku ih preko membrane. Tako se glukoza prenosi unutar eritrocita.
Prodorni proteini, kada se kombiniraju, mogu stvoriti pore za kretanje određenih tvari kroz membranu. Takvi se nosači ne pomiču, već tvore kanal u membrani i rade slično kao enzimi, vežući određenu tvar. Prijenos se provodi zbog promjene konformacije proteina, zbog čega nastaju kanali u membrani. Primjer je natrij kalij pumpa.
Transportna funkcija stanične membrane eukariota također se ostvaruje endocitozom (i egzocitozom). Zahvaljujući tim mehanizmima, u stanicu (i iz nje) ulaze velike molekule biopolimera, čak i cijele stanice. Endo- i egzocitoza nije karakteristična za sve eukariotske stanice (prokarioti je uopće nemaju). Dakle, endocitoza se opaža kod protozoa i nižih beskralježnjaka; u sisavaca apsorbiraju leukociti i makrofagi štetne tvari a bakterije, odnosno endocitoza obavlja zaštitnu funkciju za tijelo.
Endocitoza se dijeli na fagocitoza(citoplazma obavija velike čestice) i pinocitoza(hvatanje kapljica tekućine s tvarima otopljenim u njoj). Mehanizam ovih procesa je približno isti. Apsorbirane tvari na površini stanica okružene su membranom. Nastaje vezikula (fagocitna ili pinocitna) koja se potom kreće u stanicu.
Egzocitoza je uklanjanje tvari iz stanice citoplazmatskom membranom (hormoni, polisaharidi, proteini, masti itd.). Ove tvari su zatvorene u membranskim vezikulama koje pristaju staničnoj membrani. Obje membrane se spajaju i sadržaj je izvan stanice.
Citoplazmatska membrana obavlja funkciju receptora. Za to su na njegovoj vanjskoj strani smještene strukture koje mogu prepoznati kemijski ili fizički podražaj. Neki od proteina koji izvana prodiru u plazmalemu povezani su s polisaharidnim lancima (tvoreći glikoproteine). To su vrsta molekularnih receptora koji hvataju hormone. Kada se određeni hormon veže na svoj receptor, mijenja svoju strukturu. To, pak, pokreće mehanizam staničnog odgovora. U tom slučaju mogu se otvoriti kanali, a određene tvari mogu početi ulaziti u stanicu ili se iz nje izlučivati.
Funkcija receptora staničnih membrana dobro je proučavana na temelju djelovanja hormona inzulina. Kada se inzulin veže na svoj glikoproteinski receptor, aktivira se katalitički intracelularni dio ovog proteina (enzim adenilat ciklaza). Enzim sintetizira ciklički AMP iz ATP-a. Već aktivira ili potiskuje razne enzime staničnog metabolizma.
Receptorna funkcija citoplazmatske membrane također uključuje prepoznavanje susjednih stanica istog tipa. Takve se stanice međusobno pričvršćuju raznim međustaničnim kontaktima.
U tkivima, uz pomoć međustaničnih kontakata, stanice mogu međusobno razmjenjivati informacije koristeći posebno sintetizirane tvari male molekularne težine. Jedan primjer takve interakcije je kontaktna inhibicija, kada stanice prestanu rasti nakon što dobiju informaciju da je slobodni prostor zauzet.
Međustanični kontakti su jednostavni (membrane različitih stanica su jedna uz drugu), zaključavanje (invaginacija membrane jedne stanice u drugu), dezmosomi (kada su membrane povezane snopovima poprečnih vlakana koja prodiru u citoplazmu). Osim toga, postoji varijanta međustaničnih kontakata zbog posrednika (posrednika) - sinapsi. U njima se signal prenosi ne samo kemijski, već i električni. Sinapse prenose signale između živčanih stanica, kao i od živca do mišića.
Izvana je stanica prekrivena plazma membranom (ili vanjskom staničnom membranom) debljine oko 6-10 nm.
Stanična membrana je gusti film proteina i lipida (uglavnom fosfolipida). Molekule lipida raspoređene su na uredan način - okomito na površinu, u dva sloja, tako da su njihovi dijelovi koji intenzivno djeluju s vodom (hidrofilni) usmjereni prema van, a dijelovi inertni prema vodi (hidrofobni) - prema unutra.
Proteinske molekule nalaze se u diskontinuiranom sloju na površini lipidnog okvira s obje strane. Neki od njih su uronjeni u lipidni sloj, a neki prolaze kroz njega, stvarajući područja koja su propusna za vodu. Ovi proteini djeluju razne funkcije- neki od njih su enzimi, drugi su transportni proteini koji sudjeluju u prijenosu određenih tvari iz okoliša u citoplazmu i to u suprotnom smjeru.
Glavne funkcije stanične membrane
Jedno od glavnih svojstava bioloških membrana je selektivna propusnost (polupropusnost)- neke tvari prolaze kroz njih otežano, druge lako pa čak i prema višoj koncentraciji.Tako je za većinu stanica koncentracija Na iona unutra puno niža nego u okolišu. Za K ione karakterističan je suprotan odnos: njihova je koncentracija unutar stanice veća nego izvan nje. Stoga ioni Na uvijek teže prodiranju u stanicu, a ioni K - napuštanju. Izjednačavanje koncentracija tih iona otežava prisutnost posebnog sustava u membrani, koji ima ulogu pumpe koja ispumpava ione Na iz stanice i istovremeno pumpa ione K unutra.
Poriv Na iona da se kreću izvana prema unutra koristi se za transport šećera i aminokiselina u stanicu. Aktivnim uklanjanjem Na iona iz stanice stvaraju se uvjeti za protok glukoze i aminokiselina u nju.
U mnogim stanicama apsorpcija tvari također se događa fagocitozom i pinocitozom. Na fagocitoza fleksibilna vanjska membrana tvori malu udubinu u koju zarobljena čestica pada. Ova depresija se povećava i, okružena dijelom vanjske membrane, čestica je uronjena u citoplazmu stanice. Fenomen fagocitoze karakterističan je za amebe i neke druge protozoe, kao i za leukocite (fagocite). Slično, apsorpcija tekućine od strane stanica potrebno za kavez tvari. Ovaj fenomen je dobio ime pinocitoza.
Vanjske membrane različitih stanica značajno se razlikuju kako po kemijskom sastavu njihovih proteina i lipida, tako i po relativnom sadržaju. Upravo te značajke određuju raznolikost fiziološke aktivnosti membrana različitih stanica i njihovu ulogu u životu stanica i tkiva.
Endoplazmatski retikulum stanice povezan je s vanjskom membranom. Uz pomoć vanjskih membrana ostvaruju se različite vrste međustaničnih kontakata, t.j. komunikacija između pojedinih stanica.
Mnoge vrste stanica karakteriziraju prisutnost na njihovoj površini velikog broja izbočina, nabora, mikrovila. Oni pridonose i značajnom povećanju površine stanice i poboljšanju metabolizma, kao i čvršćoj povezanosti pojedinih stanica među sobom.
Biljne stanice izvan stanične membrane imaju debele membrane, koje su jasno vidljive u optičkom mikroskopu, koje se sastoje od celuloze (celuloze). Stvaraju snažnu potporu biljnim tkivima (drvo).
Neke stanice životinjskog podrijetla također imaju brojne vanjske strukture smještene na vrhu stanične membrane i imaju zaštitnu prirodu. Primjer bi bio hitin pokrovnih stanica insekata.
Funkcije stanične membrane (kratko)
| Funkcija | Opis |
|---|---|
| Zaštitna barijera | Odvaja unutarnje organele stanice od vanjskog okruženja |
| Regulatorna | Regulira metabolizam između unutarnjeg sadržaja stanice i vanjskog okruženja |
| Razgraničenje (kompartmentalizacija) | Podjela unutarnjeg prostora stanice u neovisne blokove (odjeljke) |
| Energija | - Akumulacija i transformacija energije; - svjetlosne reakcije fotosinteze u kloroplastima; - Apsorpcija i izlučivanje. |
| Receptor (informativni) | Sudjeluje u formiranju uzbuđenja i njegovom provođenju. |
| Motor | Obavlja kretanje stanice ili njenih pojedinih dijelova. |
Svi živi organizmi na Zemlji sastavljeni su od stanica, a svaka stanica je okružena zaštitnom ljuskom – membranom. Međutim, funkcije membrane nisu ograničene na zaštitu organela i odvajanje jedne stanice od druge. Stanična membrana je složen mehanizam koji je izravno uključen u reprodukciju, regeneraciju, prehranu, disanje i mnoge druge važne funkcije stanice.
Termin "stanična membrana" postoji skoro jedno stoljeće. Sama riječ "membrana", u prijevodu s latinskog, znači "film". Ali u slučaju stanične membrane, ispravnije bi bilo govoriti o skupu dvaju filmova povezanih na određeni način, a štoviše, različite strane tih filmova imaju različita svojstva.
Stanična membrana (citolema, plazmalema) je troslojna lipoproteinska (masno-proteinska) membrana koja odvaja svaku stanicu od susjednih stanica i okoline, te provodi kontroliranu razmjenu između stanica i okoline.
Od presudne važnosti u ovoj definiciji nije da stanična membrana odvaja jednu stanicu od druge, već da osigurava njezinu interakciju s drugim stanicama i okolišem. Membrana je vrlo aktivna, stalno radna struktura stanice, kojoj je priroda povjerila mnoge funkcije. Iz našeg članka saznat ćete sve o sastavu, strukturi, svojstvima i funkcijama stanične membrane, kao i opasnosti koju kršenja u radu staničnih membrana predstavljaju za ljudsko zdravlje.
Povijest istraživanja staničnih membrana
Godine 1925. dva njemačka znanstvenika, Gorter i Grendel, uspjeli su provesti složen eksperiment na crvenim krvnim stanicama ljudske krvi, eritrocitima. Uz pomoć osmotskog udarca, istraživači su dobili takozvane "sjene" - prazne ljuske crvenih krvnih stanica, zatim ih stavili na jednu hrpu i izmjerili površinu. Sljedeći korak bio je izračunavanje količine lipida u staničnoj membrani. Uz pomoć acetona znanstvenici su izolirali lipide iz "sjena" i utvrdili da su dovoljni taman za dvostruki kontinuirani sloj.
Međutim, tijekom eksperimenta napravljene su dvije velike pogreške:
Korištenje acetona ne dopušta izolaciju apsolutno svih lipida iz membrana;
Površina "sjene" izračunata je na temelju suhe težine, što je također netočno.
Budući da je prva pogreška dala minus u izračunima, a druga - plus, ukupni rezultat pokazao se iznenađujuće točnim, a njemački znanstvenici donijeli su u znanstveni svijet najvažnije otkriće - lipidni dvosloj stanične membrane.
Godine 1935. drugi par istraživača, Danielle i Dawson, nakon dugih eksperimenata na bilipidnim filmovima, došao je do zaključka o prisutnosti proteina u staničnim membranama. Nije bilo drugog načina da se objasni zašto ti filmovi imaju tako visoku površinsku napetost. Znanstvenici su javnosti predstavili shematski model stanične membrane, nalik sendviču, gdje homogeni lipidno-proteinski slojevi igraju ulogu kriški kruha, a između njih, umjesto maslaca, postoji praznina.
Godine 1950. uz pomoć prvog elektronskog mikroskopa djelomično je potvrđena teorija Danielle-Dawson - na mikrosnimkama stanične membrane jasno su se uočavala dva sloja koji se sastoje od lipidnih i proteinskih glava, a između njih prozirni prostor ispunjen samo repovima lipida. i proteini.
Američki mikrobiolog J. Robertson je 1960. godine, vođen tim podacima, razvio teoriju o troslojnoj strukturi staničnih membrana, koja dugo vremena smatrao jedinim istinitim. Međutim, kako se znanost razvijala, sve su se više javljale sumnje u homogenost tih slojeva. Sa stajališta termodinamike, takva je struktura izrazito nepovoljna – stanicama bi bilo vrlo teško transportirati tvari unutra i van kroz cijeli „sendvič“. Osim toga, dokazano je da stanične membrane različitih tkiva imaju različite debljine i načine pričvršćivanja, što je posljedica različitih funkcija organa.
Godine 1972. mikrobiolozi S.D. Singer i G.L. Nicholson je uspio objasniti sve nedosljednosti u Robertsonovoj teoriji uz pomoć novog, fluidno-mozaičnog modela stanične membrane. Znanstvenici su otkrili da je membrana heterogena, asimetrična, ispunjena tekućinom, a stanice su u stalnom pokretu. A proteini koji ga čine imaju drugačiju strukturu i svrhu, osim toga, nalaze se na različite načine u odnosu na bilipidni sloj membrane.
Sastav staničnih membrana sadrži proteine tri vrste:
Periferno - pričvršćeno na površinu filma;
Poluintegralni- djelomično prodiru u bilipidni sloj;
Integralni - potpuno prodiru u membranu.
Periferni proteini su elektrostatičkom interakcijom povezani s glavama membranskih lipida i nikada ne tvore kontinuirani sloj, kako se prije vjerovalo.A poluintegralni i integralni proteini služe za transport kisika u stanicu i hranjive tvari, kao i za uklanjanje produkata raspadanja s njega i za još nekoliko važnih funkcija o kojima ćete saznati u nastavku.
Stanična membrana obavlja sljedeće funkcije:
Barijera - propusnost membrane za različiti tipovi molekule nisu iste. Da bi zaobišla staničnu membranu, molekula mora imati određenu veličinu, Kemijska svojstva i električni naboj. Štetne ili neprikladne molekule, zbog barijerne funkcije stanične membrane, jednostavno ne mogu prodrijeti u stanicu. Na primjer, uz pomoć reakcije peroksisa, membrana štiti citoplazmu od peroksida koji su za nju opasni;
Transport – kroz membranu prolazi pasivna, aktivna, regulirana i selektivna izmjena. Pasivni metabolizam prikladan je za tvari topive u mastima i plinove koji se sastoje od vrlo malih molekula. Takve tvari difuzijskom metodom slobodno prodiru u i iz stanice bez trošenja energije. Aktivna transportna funkcija stanične membrane aktivira se kada je to potrebno, ali teško transportne tvari moraju se transportirati u stanicu ili iz nje. Na primjer, posjedovanje Veliki broj molekule, ili ne mogu prijeći bilipidni sloj zbog hidrofobnosti. Tada počinju raditi proteinske pumpe, uključujući ATPazu, koja je odgovorna za apsorpciju kalijevih iona u stanicu i izbacivanje natrijevih iona iz nje. Regulirani transport je neophodan za funkcije sekrecije i fermentacije, na primjer, kada stanice proizvode i luče hormone ili želučana kiselina... Sve te tvari napuštaju stanice posebnim kanalima iu određenom volumenu. A selektivna transportna funkcija povezana je sa samim integralnim proteinima koji prožimaju membranu i služe kao kanal za ulazak i izlazak strogo definiranih tipova molekula;
Matriks - stanična membrana određuje i fiksira raspored organela jedna u odnosu na drugu (jezgra, mitohondrije, kloroplasti) i regulira interakciju između njih;
Mehanički - osigurava ograničenje jedne ćelije od druge, i, u isto vrijeme, - ispravna veza stanice u homogeno tkivo i otpornost organa na deformacije;
Zaštitni – i kod biljaka i kod životinja, stanična membrana služi kao osnova za izgradnju zaštitnog okvira. Primjeri uključuju tvrdo drvo, gustu kožu i trnovite trnje. U životinjskom carstvu također postoje brojni primjeri zaštitne funkcije staničnih membrana – oklop kornjače, hitinska opna, kopita i rogovi;
Energija – procesi fotosinteze i staničnog disanja bili bi nemogući bez sudjelovanja proteina stanične membrane, jer upravo uz pomoć proteinskih kanala stanice razmjenjuju energiju;
Receptor – proteini ugrađeni u staničnu membranu mogu imati još jednu važnu funkciju. Oni služe kao receptori preko kojih stanica prima signal od hormona i neurotransmitera. A to je, pak, potrebno za provođenje živčanih impulsa i normalan protok hormonalni procesi;
Enzimski - drugi važna funkcija, svojstveno nekim proteinima staničnih membrana. Na primjer, u crijevnom epitelu uz pomoć takvih proteina sintetiziraju se probavni enzimi;
Biopotencijal- koncentracija kalijevih iona unutar stanice mnogo je veća nego izvana, a koncentracija natrijevih iona je, naprotiv, veća vani nego unutra. To objašnjava potencijalnu razliku: unutar stanice naboj je negativan, izvana pozitivan, što potiče kretanje tvari u stanicu i prema van u bilo kojoj od tri vrste metabolizma - fagocitoza, pinocitoza i egzocitoza;
Označavanje - na površini staničnih membrana nalaze se takozvane "oznake" - antigeni koji se sastoje od glikoproteina (bjelančevine s razgranatim oligosaharidnim bočnim lancima vezanim za njih). Budući da bočni lanci mogu imati veliku raznolikost konfiguracija, svaka vrsta stanica dobiva svoju jedinstvenu oznaku, koja omogućuje drugim stanicama u tijelu da ih prepoznaju "iz vida" i na njih ispravno reagiraju. Zato je npr. imunološke stanice osoba, makrofagi, lako prepoznaju stranca koji je ušao u tijelo (infekcija, virus) i pokušavaju ga uništiti. Ista stvar se događa s bolesnim, mutiranim i starim stanicama – mijenja se oznaka na njihovoj staničnoj membrani i tijelo ih se rješava.
Stanična izmjena odvija se kroz membrane, a može se provesti pomoću tri glavne vrste reakcija:
Fagocitoza je stanični proces u kojem stanice fagocita ugrađene u membranu hvataju i probavljaju čvrste čestice hranjivih tvari. U ljudskom tijelu fagocitozu provode membrane dviju vrsta stanica: granulociti (granularni leukociti) i makrofagi (stanice ubojice imunološkog sustava);
Pinocitoza je proces hvatanja površine stanične membrane tekućih molekula u dodiru s njom. Za hranjenje po tipu pinocitoze, stanica raste na svojoj membrani tanke pahuljaste izrasline u obliku vitica, koje, takoreći, okružuju kapljicu tekućine i dobiva se mjehur. Prvo, ovaj mjehurić strši iznad površine membrane, a zatim "proguta" - skriva se unutar stanice, a njezine se stijenke spajaju s unutarnjom površinom stanične membrane. Pinocitoza se javlja u gotovo svim živim stanicama;
Egzocitoza je obrnuti proces u kojem se unutar stanice stvaraju mjehurići sa sekretornom funkcionalnom tekućinom (enzim, hormon) te se ona mora nekako ukloniti iz stanice u okoliš. Za to se mjehur najprije spaja s unutarnjom površinom stanične membrane, zatim strši prema van, puca, izbacuje sadržaj i ponovno se spaja s površinom membrane, ovaj put izvana. Egzocitoza se odvija, na primjer, u stanicama crijevnog epitela i kore nadbubrežne žlijezde.
Stanične membrane sadrže lipide tri klase:
Fosfolipidi;
glikolipidi;
Kolesterol.
Fosfolipidi (kombinacija masti i fosfora) i glikolipidi (kombinacija masti i ugljikohidrata), zauzvrat, sastoje se od hidrofilne glave, iz koje se protežu dva duga hidrofobna repa. Ali kolesterol ponekad zauzima prostor između ova dva repa i sprječava ih da se savijaju, što čini membrane nekih stanica krutima. Osim toga, molekule kolesterola uređuju strukturu staničnih membrana i sprječavaju prijelaz polarnih molekula iz jedne stanice u drugu.
Ali najvažnija komponenta, kao što možete vidjeti iz prethodnog odjeljka o funkcijama staničnih membrana, su proteini. Njihov sastav, namjena i položaj su vrlo raznoliki, ali postoji nešto zajedničko što ih sve ujedinjuje: prstenasti lipidi uvijek su smješteni oko proteina staničnih membrana. Riječ je o posebnim mastima koje su jasno strukturirane, stabilne, sadrže više zasićenih masnih kiselina, a oslobađaju se iz membrana zajedno sa "sponzoriranim" proteinima. Ovo je neka vrsta osobne zaštitne ljuske za proteine, bez koje jednostavno ne bi funkcionirali.
Struktura stanične membrane je troslojna. U sredini leži relativno homogen tekući bilipidni sloj, a proteini ga prekrivaju s obje strane poput mozaika, djelomično prodirući u debljinu. Odnosno, bilo bi pogrešno misliti da su vanjski proteinski slojevi staničnih membrana kontinuirani. Proteini, osim svojih složene funkcije, potrebni su u membrani kako bi prešli u stanice i transportirali iz njih one tvari koje nisu u stanju prodrijeti u masni sloj. Na primjer, ioni kalija i natrija. Za njih su predviđene posebne proteinske strukture - ionski kanali, o kojima ćemo detaljnije govoriti u nastavku.
Ako staničnu membranu pogledate kroz mikroskop, možete vidjeti sloj lipida koji čine najmanje sferne molekule, na kojima, kao u moru, plutaju velike proteinske stanice raznih oblika. Potpuno iste membrane dijele unutarnji prostor svake stanice u odjeljke u kojima su jezgra, kloroplasti i mitohondriji udobno smješteni. Da unutar stanice nema zasebnih "prostora", organele bi se lijepile jedna za drugu i ne bi mogle ispravno obavljati svoje funkcije.
Stanica je kompleks organela, strukturiranih i omeđenih membranama, koji sudjeluje u kompleksu energetskih, metaboličkih, informacijskih i reproduktivnih procesa koji osiguravaju vitalnu aktivnost organizma.
Kao što možete vidjeti iz ove definicije, membrana je najvažnija funkcionalna komponenta svake stanice. Njegov je značaj jednako velik kao i značaj jezgre, mitohondrija i drugih staničnih organela. A jedinstvena svojstva membrane zahvaljuju se njezinoj strukturi: sastoji se od dva filma, spojena na poseban način. Molekule fosfolipida u membrani smještene su s hidrofilnim glavama prema van, a hidrofobnim repovima prema unutra. Stoga je jedna strana filma navlažena vodom, dok druga nije. Dakle, ovi filmovi su međusobno povezani nenavlaženim stranama prema unutra, tvoreći bilipidni sloj okružen proteinskim molekulama. To je sama "sendvič" struktura stanične membrane.
Ionski kanali staničnih membrana
Razmotrimo detaljnije princip rada ionskih kanala. Za što su oni potrebni? Činjenica je da samo tvari topljive u mastima mogu slobodno prodrijeti kroz lipidnu membranu - to su sami plinovi, alkoholi i masti. Tako se, na primjer, u crvenim krvnim stanicama kisik neprestano izmjenjuje i ugljični dioksid, a za to naše tijelo ne mora posegnuti za dodatnim trikovima. Ali što je kada postoji potreba za transportom vodenih otopina kao što su natrijeve i kalijeve soli kroz staničnu membranu?
Nemoguće bi bilo prokrčiti put takvim tvarima u bilipidnom sloju, jer bi se rupe odmah zategnule i ponovno zalijepile, takva je struktura svakog masnog tkiva. Ali priroda je, kao i uvijek, pronašla izlaz iz situacije i stvorila posebne strukture za transport proteina.
Postoje dvije vrste vodljivih proteina:
Transporteri - poluintegralne proteinske pumpe;
Tvorci kanala su integralni proteini.
Proteini prvog tipa djelomično su uronjeni u bilipidni sloj stanične membrane i gledaju glavom, a u prisutnosti potrebne tvari počinju se ponašati poput pumpe: privlače molekulu i usisavaju je u stanicu. . A proteini druge vrste, integralni, imaju izduženi oblik i nalaze se okomito na bilipidni sloj stanične membrane, prodiru kroz nju. Uz njih, kao kroz tunele, tvari koje ne mogu proći kroz masnoću ulaze i izlaze iz stanice. Kroz ionske kanale ioni kalija prodiru u stanicu i nakupljaju se u njoj, dok se natrijevi ioni, naprotiv, uklanjaju van. Postoji razlika u električnim potencijalima, koji su toliko potrebni za pravilno funkcioniranje svih stanica u našem tijelu.
Najvažniji zaključci o građi i funkciji staničnih membrana
Teorija uvijek izgleda zanimljivo i obećavajuće ako se može dobro iskoristiti u praksi. Otkriće strukture i funkcija staničnih membrana ljudskog tijela omogućilo je znanstvenicima pravi iskorak u znanosti općenito, a posebno u medicini. Nije slučajno što smo se tako detaljno zadržali na ionskim kanalima, jer upravo tu leži odgovor na jedno od najvažnijih pitanja našeg vremena: zašto ljudi sve češće obolijevaju od onkologije?
Rak odnese oko 17 milijuna života diljem svijeta svake godine i četvrti je najčešći uzrok svih smrti. Prema WHO-u, incidencija raka u stalnom je porastu, a do kraja 2020. mogla bi doseći 25 milijuna godišnje.
Što objašnjava pravu epidemiju raka i kakve veze s tim ima funkcija staničnih membrana? Reći ćete: razlog su loši okolišni uvjeti, nepravilna prehrana, loše navike i teško nasljedstvo. I, naravno, bit ćete u pravu, ali ako govorimo o problemu detaljnije, onda je razlog zakiseljavanje ljudskog tijela. Gore navedeni negativni čimbenici dovode do poremećaja staničnih membrana, depresiraju disanje i prehranu.
Gdje bi trebao biti plus, formira se minus, a stanica ne može normalno funkcionirati. Ali stanice raka ne trebaju kisik ili alkalnu okolinu - one mogu koristiti anaerobnu vrstu prehrane. Dakle, u uvjetima gladovanje kisikom i izvan skale pH razine, zdrave stanice mutiraju kako bi se prilagodile svom okruženju i postale stanice raka. Ovako se čovjek razboli od onkologije. Da biste to izbjegli, samo trebate konzumirati dovoljno čista voda svakodnevno, te izbjegavajte karcinogene u hrani. Ali, u pravilu, ljudi su savršeno svjesni štetnih proizvoda i potrebu za kvalitetnom vodom, a ne rade ništa - nadaju se da će ih nevolje zaobići.
Poznavajući značajke strukture i funkcija staničnih membrana različitih stanica, liječnici mogu koristiti ove informacije kako bi pružili ciljane, ciljane terapijske učinke na tijelo. Mnogi moderni lijekovima Kada uđu u naše tijelo, traže željenu “metu”, a to mogu biti ionski kanali, enzimi, receptori i biomarkeri staničnih membrana. Ova metoda liječenja omogućuje postizanje boljih rezultata uz minimalne nuspojave.
Kada uđu u krvotok, antibiotici posljednje generacije ne ubijaju sve stanice zaredom, već traže stanice uzročnika, usredotočujući se na markere u njegovim staničnim membranama. Najnoviji lijekovi protiv migrene, triptani, sužavaju samo upaljene žile mozga, a gotovo bez utjecaja na srce i periferne Krvožilni sustav... A potrebne žile prepoznaju upravo po proteinima svojih staničnih membrana. Takvih je primjera mnogo, pa s pouzdanjem možemo reći da poznavanje strukture i funkcija stanične membrane podupire razvoj moderne medicinska znanost i svake godine spašava milijune života.
Obrazovanje: Moskovski medicinski institut ih. IM Sechenov, specijalnost - "Opća medicina" 1991., 1993. "Profesionalne bolesti", 1996. "Terapija".
