Strukturne komponente crteža stanične membrane. Stanična struktura. Stanična membrana

Stanična membrana - ovo je stanična membrana koja obavlja sljedeće funkcije: razdvajanje sadržaja stanice i vanjske okoline, selektivni transport tvari (razmjena s vanjskim okruženjem stanice), mjesto određenih biokemijskih reakcija, spajanje stanica u tkiva i prijem.

Stanične membrane dijele se na plazma (intracelularne) i vanjske. Glavno svojstvo svake membrane je polupropusnost, odnosno sposobnost prolaska samo određenih tvari. To omogućuje selektivnu razmjenu između stanice i okoline ili razmjenu između staničnih odjeljaka.

Plazma membrane su lipoproteinske strukture. Lipidi spontano tvore dvosloj (dvosloj), a u njemu "plutaju" membranski proteini. Membrane sadrže nekoliko tisuća različitih proteina: strukturnih, prijenosnika, enzima itd. Između proteinskih molekula postoje pore kroz koje prolaze hidrofilne tvari (lipidni dvosloj ometa njihov izravan prodor u stanicu). Za neke molekule na površini membrane vezane su glikozilne skupine (monosaharidi i polisaharidi), koje su uključene u proces staničnog prepoznavanja tijekom stvaranja tkiva.

Membrane se razlikuju po debljini, obično od 5 do 10 nm. Debljina je određena veličinom amfifilne molekule lipida i iznosi 5,3 nm. Daljnje povećanje debljine membrane posljedica je veličine membranski proteini s kompleksima. Ovisno o vanjskim uvjetima (regulator je kolesterol), struktura dvosloja može se mijenjati tako da postaje gušća ili tekuća – o tome ovisi brzina kretanja tvari duž membrana.

Stanične membrane uključuju: plazmolemu, kariolemu, membrane endoplazmatskog retikuluma, Golgijev aparat, lizosome, peroksisome, mitohondrije, inkluzije itd.

Lipidi su netopivi u vodi (hidrofobnost), ali se dobro otapaju u organskim otapalima i mastima (lipofilnost). Sastav lipida u različitim membranama nije isti. Na primjer, plazma membrana sadrži puno kolesterola. Najčešći lipidi u membrani su fosfolipidi (glicerofosfatidi), sfingomijelini (sfingolipidi), glikolipidi i kolesterol.

Fosfolipidi, sfingomijelini, glikolipidi funkcionalno se sastoje od dva različitim dijelovima: hidrofobni nepolarni, koji ne nose naboje - "repovi", koji se sastoje od masnih kiselina, i hidrofilni, koji sadrže nabijene polarne "glave" - alkoholne skupine (na primjer, glicerol).

Hidrofobni dio molekule obično se sastoji od dvije masne kiseline. Jedna od kiselina je ograničavajuća, a druga je nezasićena. To određuje sposobnost lipida da spontano formiraju dvoslojne (bilipidne) membranske strukture. Membranski lipidi obavljaju sljedeće funkcije: barijera, transport, mikrookolina proteina, električni otpor membrane.

Membrane se međusobno razlikuju po skupu proteinskih molekula. Mnogi membranski proteini sastoje se od regija bogatih polarnim aminokiselinama (koje nose naboj) i regija s nepolarnim aminokiselinama (glicin, alanin, valin, leucin). Takvi proteini u lipidnim slojevima membrana raspoređeni su tako da su njihova nepolarna područja takoreći uronjena u "masni" dio membrane, gdje se nalaze hidrofobna područja lipida. Polarni (hidrofilni) dio ovih proteina je u interakciji s lipidnim glavama i okrenut je prema vodenoj fazi.

Biološke membrane dijele zajednička svojstva:

membrane su zatvoreni sustavi koji ne dopuštaju miješanje sadržaja stanice i njezinih odjeljaka. Povreda integriteta membrane može dovesti do smrti stanice;

površinska (planarna, bočna) pokretljivost. U membranama postoji kontinuirano kretanje tvari duž površine;

asimetrija membrane. Struktura vanjskog i površinskog sloja je kemijski, strukturno i funkcionalno heterogena.

Stanična membrana

Slika stanične membrane. Male plave i bijele kuglice odgovaraju hidrofobnim "glavama" fosfolipida, a linije koje su pričvršćene za njih odgovaraju hidrofilnim "repovima". Slika prikazuje samo integralne membranske proteine (crvene globule i žute spirale). Žute ovalne točkice unutar membrane - molekule kolesterola Žuto-zeleni lanci kuglica na vanjskoj strani membrane - oligosaharidni lanci koji tvore glikokaliks

Biološka membrana također uključuje različite proteine: integralne (prodiru kroz membranu kroz i kroz), poluintegralne (uronjene na jednom kraju u vanjski ili unutarnji lipidni sloj), površinske (nalaze se na vanjskom ili susjednom unutarnje strane membrane). Neki proteini su točke kontakta stanične membrane s citoskeletom unutar stanice i staničnom stijenkom (ako postoji) izvana. Neki od integralnih proteina djeluju kao ionski kanali, različiti transporteri i receptori.

Funkcije

barijera - osigurava reguliran, selektivan, pasivan i aktivan metabolizam s okolinom. Na primjer, peroksizomska membrana štiti citoplazmu od peroksida koji su štetni za stanicu. Selektivna propusnost znači da propusnost membrane za različite atome ili molekule ovisi o njihovoj veličini, električnom naboju i kemijska svojstva... Selektivna propusnost osigurava odvajanje stanice i staničnih odjeljaka od okoliš i opskrbljujući ih potrebnim tvarima.
transport – kroz membranu se tvari transportiraju u i iz stanice. Prijevoz kroz membrane osigurava: dostavu hranjive tvari, uklanjanje krajnjih produkata metabolizma, izlučivanje razne tvari, stvaranje ionskih gradijenata, održavanje optimalne koncentracije iona u stanici, potrebnih za rad staničnih enzima.
Čestice koje iz bilo kojeg razloga ne mogu proći kroz fosfolipidni dvosloj (na primjer, zbog hidrofilnih svojstava, budući da je unutarnja membrana hidrofobna i ne dopušta hidrofilnim tvarima da prođu, ili zbog velike veličine), ali neophodan za stanicu, može prodrijeti kroz membranu putem posebnih proteina nosača (transportera) i kanalnih proteina ili endocitozom.
Kod pasivnog transporta, tvari difuzijom prelaze lipidni dvosloj bez potrošnje energije duž koncentracijskog gradijenta. Varijanta ovog mehanizma je olakšana difuzija, u kojoj određena molekula pomaže tvari da prođe kroz membranu. Ova molekula može imati kanal koji propušta samo jednu vrstu tvari.
Aktivni transport zahtijeva potrošnju energije, budući da se odvija protiv gradijenta koncentracije. Na membrani se nalaze posebni proteini pumpe, uključujući ATPazu, koja aktivno pumpa kalijeve ione (K+) u stanicu i iz nje ispumpava ione natrija (Na+).
matriks - osigurava određeni međusobni raspored i orijentaciju membranskih proteina, njihovu optimalnu interakciju.
mehanički - osigurava autonomiju stanice, njezinih unutarstaničnih struktura, kao i povezanost s drugim stanicama (u tkivima). Stanične stijenke igraju važnu ulogu u osiguravanju mehaničke funkcije, a kod životinja - međustanične tvari.
energija - tijekom fotosinteze u kloroplastima i staničnog disanja u mitohondrijima u njihovim membranama djeluju sustavi prijenosa energije u koje su uključeni i proteini;
receptor – neki proteini u membrani su receptori (molekule preko kojih stanica percipira određene signale).
Na primjer, hormoni koji cirkuliraju u krvi djeluju samo na one ciljne stanice koje imaju receptore koji odgovaraju tim hormonima. Neurotransmiteri ( kemijske tvari, osiguravajući provođenje živčanih impulsa) također se vežu na posebne receptorske proteine ciljnih stanica.
enzimski – membranski proteini su često enzimi. Na primjer, plazma membrane crijevnih epitelnih stanica sadrže probavne enzime.
provedba generiranja i provođenja biopotencijala.
Uz pomoć membrane u stanici se održava stalna koncentracija iona: koncentracija iona K+ unutar stanice mnogo je veća nego izvan nje, a koncentracija Na+ je znatno niža, što je vrlo važno, jer to osigurava održavanje razlike potencijala na membrani i stvaranje živčanog impulsa.
označavanje stanica – na membrani se nalaze antigeni koji djeluju kao markeri – „oznake“ koje omogućuju identifikaciju stanice. To su glikoproteini (odnosno proteini s razgranatim oligosaharidnim bočnim lancima) koji imaju ulogu "antene". Zbog mnoštva konfiguracija bočnih lanaca, moguće je napraviti poseban marker za svaku vrstu stanice. Uz pomoć markera, stanice mogu prepoznati druge stanice i djelovati u skladu s njima, na primjer, tijekom formiranja organa i tkiva. Također omogućuje imunološkom sustavu da prepozna strane antigene.

Struktura i sastav biomembrana

Membrane se sastoje od tri klase lipida: fosfolipida, glikolipida i kolesterola. Fosfolipidi i glikolipidi (lipidi s vezanim ugljikohidratima) sastoje se od dva duga hidrofobna ugljikovodična "repa" koja su povezana s nabijenom hidrofilnom "glavom". Kolesterol učvršćuje membranu zauzimajući slobodni prostor između hidrofobnih lipidnih repova i sprječavajući njihovo savijanje. Stoga su membrane s niskim udjelom kolesterola fleksibilnije, a s visokim udjelom kolesterola krutije i lomljivije. Kolesterol također služi kao "čep" koji sprječava kretanje polarnih molekula iz i u stanicu. Važan dio membrane čine proteini koji je prožimaju i odgovorni su za različita svojstva membrane. Njihov sastav i orijentacija u različitim membranama se razlikuju.

Stanične membrane često su asimetrične, odnosno slojevi se razlikuju po sastavu lipida, prijelazu pojedine molekule iz jednog sloja u drugi (tzv. japanka) teško je.

Membranske organele

To su zatvoreni, pojedinačni ili međusobno povezani dijelovi citoplazme, odvojeni od hijaloplazme membranama. Jednomembranske organele uključuju endoplazmatski retikulum, Golgijev aparat, lizosome, vakuole, peroksisome; na dvije membrane - jezgru, mitohondrije, plastide. Struktura membrana različitih organela razlikuje se u sastavu lipida i membranskih proteina.

Selektivna propusnost

Stanične membrane imaju selektivnu propusnost: glukoza, aminokiseline, masne kiseline, glicerol i ioni polako difundiraju kroz njih, a same membrane u određenoj mjeri aktivno reguliraju taj proces – neke tvari propuštaju, a druge ne. Četiri su glavna mehanizma za ulazak tvari u stanicu ili njihovo uklanjanje iz stanice van: difuzija, osmoza, aktivni transport i egzo- ili endocitoza. Prva dva procesa su pasivna, odnosno ne zahtijevaju potrošnju energije; zadnja dva - aktivnih procesa vezano uz potrošnju energije.

Selektivna propusnost membrane tijekom pasivnog transporta posljedica je posebnih kanala - integralnih proteina. Oni prodiru kroz membranu kroz i kroz, tvoreći neku vrstu prolaza. Elementi K, Na i Cl imaju svoje kanale. Molekule ovih elemenata kreću se u i iz stanice u odnosu na gradijent koncentracije. Kod nadraženosti otvaraju se kanali natrijevih iona i dolazi do oštrog dotoka natrijevih iona u stanicu. U tom slučaju dolazi do neravnoteže membranskog potencijala. Tada se obnavlja membranski potencijal. Kalijevi kanali su uvijek otvoreni, kroz njih ioni kalija polako ulaze u stanicu.

vidi također

Književnost

Antonov V.F., Smirnova E.N., Ševčenko E.V. Lipidne membrane tijekom faznih prijelaza. - M.: Znanost, 1994.
Gennis R. Biomembrane. Molekularna struktura i funkcije: prijevod s engleskog. = Biomembrane. Molekularna struktura i funkcija (autor Robert B. Gennis). - 1. izdanje. - M .: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
Ivanov V.G., Berestovski T.N. Dvosloj lipida biološke membrane... - M .: Znanost, 1982.
Rubin A. B. Biofizika, udžbenik u 2 sv. - 3. izdanje, prerađeno i prošireno. - M .: Izdavačka kuća Moskovskog sveučilišta, 2004. -

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 dva filma povezana na određeni način, štoviše, različite strane ti filmovi 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 pokazalo 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 Danielli-Dawsonova teorija - 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 proteina.

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 uvriježeno vjerovalo, dok poluintegralni i integralni proteini služe za transport kisika i hranjivih tvari unutar stanice, kao i za uklanjanje propadanja. proizvode iz njega i još mnogo toga za nekoliko važnih funkcija o kojima ćete u nastavku naučiti.

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, oni s velikom veličinom molekula ili nesposobni 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 izmjenjuju 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, po kojima plutaju velike proteinske stanice raznih oblika, kao u moru. Potpuno iste membrane dijele unutarnji prostor svake stanice u odjeljke u kojima su jezgra, kloroplasti i mitohondriji udobno smješteni. Da unutar stanice nema zasebnih "prostorija", 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 učiniti kada postoji potreba za transportom kroz staničnu membranu vodene otopine, kao što su natrijeve i kalijeve soli?

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 funkcije staničnih membrana različitih stanica, liječnici mogu koristiti ove informacije za pružanje ciljanih, ciljanih terapijskih učinaka na tijelo. Mnogi moderni lijekovima Kad 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 ne utječu 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".

Stanična membrana

Biološka membrana također uključuje različite proteine: integralne (prodiru kroz membranu kroz i kroz), poluintegralne (uronjene na jednom kraju u vanjski ili unutarnji lipidni sloj), površinske (nalaze se na vanjskoj ili uz unutarnju stranu membrane ). Neki proteini su točke kontakta stanične membrane s citoskeletom unutar stanice i staničnom stijenkom (ako postoji) izvana. Neki od integralnih proteina djeluju kao ionski kanali, različiti transporteri i receptori.

Funkcije

barijera - osigurava reguliran, selektivan, pasivan i aktivan metabolizam s okolinom. Na primjer, peroksizomska membrana štiti citoplazmu od peroksida koji su štetni za stanicu. Selektivna propusnost znači da propusnost membrane za različite atome ili molekule ovisi o njihovoj veličini, električnom naboju i kemijskim svojstvima. Selektivna propusnost osigurava odvajanje stanice i staničnih odjeljaka iz okoliša i opskrbu ih potrebnim tvarima.
transport – kroz membranu se tvari transportiraju u i iz stanice. Transport kroz membrane osigurava: isporuku hranjivih tvari, uklanjanje krajnjih produkata metabolizma, izlučivanje raznih tvari, stvaranje ionskih gradijenta, održavanje optimalne koncentracije iona u stanici, potrebnih za rad staničnih enzima.
Čestice koje iz bilo kojeg razloga ne mogu proći kroz fosfolipidni dvosloj (na primjer, zbog hidrofilnih svojstava, budući da je unutarnja membrana hidrofobna i ne dopušta hidrofilnim tvarima da prođu, ili zbog svoje velike veličine), ali su neophodne za stanicu , mogu prodrijeti kroz membranu putem posebnih proteina nosača (transportera) i kanalnih proteina ili endocitozom.
Kod pasivnog transporta, tvari difuzijom prelaze lipidni dvosloj bez potrošnje energije duž koncentracijskog gradijenta. Varijanta ovog mehanizma je olakšana difuzija, u kojoj određena molekula pomaže tvari da prođe kroz membranu. Ova molekula može imati kanal koji propušta samo jednu vrstu tvari.
Aktivni transport zahtijeva potrošnju energije, budući da se odvija protiv gradijenta koncentracije. Na membrani se nalaze posebni proteini pumpe, uključujući ATPazu, koja aktivno pumpa kalijeve ione (K+) u stanicu i iz nje ispumpava ione natrija (Na+).
matriks - osigurava određeni međusobni raspored i orijentaciju membranskih proteina, njihovu optimalnu interakciju.
mehanički - osigurava autonomiju stanice, njezinih unutarstaničnih struktura, kao i povezanost s drugim stanicama (u tkivima). Stanične stijenke igraju važnu ulogu u osiguravanju mehaničke funkcije, a kod životinja - međustanične tvari.
energija - tijekom fotosinteze u kloroplastima i staničnog disanja u mitohondrijima u njihovim membranama djeluju sustavi prijenosa energije u koje su uključeni i proteini;
receptor – neki proteini u membrani su receptori (molekule preko kojih stanica percipira određene signale).
Na primjer, hormoni koji cirkuliraju u krvi djeluju samo na one ciljne stanice koje imaju receptore koji odgovaraju tim hormonima. Neurotransmiteri (kemikalije koje provode živčane impulse) također se vežu na specifične receptorske proteine u ciljnim stanicama.
enzimski – membranski proteini su često enzimi. Na primjer, plazma membrane crijevnih epitelnih stanica sadrže probavne enzime.
provedba generiranja i provođenja biopotencijala.
Uz pomoć membrane u stanici se održava stalna koncentracija iona: koncentracija iona K+ unutar stanice mnogo je veća nego izvan nje, a koncentracija Na+ je znatno niža, što je vrlo važno, jer to osigurava održavanje razlike potencijala na membrani i stvaranje živčanog impulsa.
označavanje stanica – na membrani se nalaze antigeni koji djeluju kao markeri – „oznake“ koje omogućuju identifikaciju stanice. To su glikoproteini (odnosno proteini s razgranatim oligosaharidnim bočnim lancima) koji imaju ulogu "antene". Zbog mnoštva konfiguracija bočnih lanaca, moguće je napraviti poseban marker za svaku vrstu stanice. Uz pomoć markera, stanice mogu prepoznati druge stanice i djelovati u skladu s njima, na primjer, tijekom formiranja organa i tkiva. Također omogućuje imunološkom sustavu da prepozna strane antigene.

Struktura i sastav biomembrana

Stanične membrane često su asimetrične, odnosno slojevi se razlikuju po sastavu lipida, prijelazu pojedine molekule iz jednog sloja u drugi (tzv. japanka) teško je.

Membranske organele

Selektivna propusnost

Stanične membrane imaju selektivnu propusnost: glukoza, aminokiseline, masne kiseline, glicerol i ioni polako difundiraju kroz njih, a same membrane u određenoj mjeri aktivno reguliraju taj proces – neke tvari propuštaju, a druge ne. Četiri su glavna mehanizma za ulazak tvari u stanicu ili njihovo uklanjanje iz stanice van: difuzija, osmoza, aktivni transport i egzo- ili endocitoza. Prva dva procesa su pasivna, odnosno ne zahtijevaju potrošnju energije; posljednja dva su aktivni procesi povezani s potrošnjom energije.

vidi također

Književnost

Antonov V.F., Smirnova E.N., Ševčenko E.V. Lipidne membrane tijekom faznih prijelaza. - M.: Znanost, 1994.
Gennis R. Biomembrane. Molekularna struktura i funkcije: prijevod s engleskog. = Biomembrane. Molekularna struktura i funkcija (autor Robert B. Gennis). - 1. izdanje. - M .: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
Ivanov V.G., Berestovski T.N. Lipidni dvosloj bioloških membrana. - M .: Znanost, 1982.
Rubin A. B. Biofizika, udžbenik u 2 sv. - 3. izdanje, prerađeno i prošireno. - M .: Izdavačka kuća Moskovskog sveučilišta, 2004. -

Stanična membrana (plazma membrana) je tanka, polupropusna membrana koja okružuje stanice.

Funkcija i uloga stanične membrane

Njegova je funkcija zaštititi cjelovitost interijera dopuštajući neke potrebne tvari u kavez, i ne dopuštajući drugima da uđu.

Također služi kao osnova za vezanje za neke organizme i za druge. Dakle, plazma membrana također daje oblik stanice. Druga funkcija membrane je reguliranje rasta stanica kroz ravnotežu i.

Tijekom endocitoze, lipidi i proteini se uklanjaju iz stanične membrane dok se tvari apsorbiraju. Tijekom egzocitoze, vezikule koje sadrže lipide i proteine stapaju se sa staničnom membranom, povećavajući veličinu stanica. , a stanice gljivica imaju plazma membrane. Unutarnje su, na primjer, također zatvorene u zaštitne membrane.

Struktura stanične membrane

Plazma membrana se uglavnom sastoji od mješavine proteina i lipida. Ovisno o mjestu i ulozi membrane u tijelu, lipidi mogu činiti 20 do 80 posto membrane, a ostatak su proteini. Dok lipidi pomažu učiniti membranu fleksibilnom, proteini kontroliraju i održavaju kemijski sastav stanice, a također pomažu u transportu molekula kroz membranu.

Membranski lipidi

Fosfolipidi su glavna komponenta plazma membrana. Oni tvore lipidni dvosloj u kojem se hidrofilni (vodom privučeni) dijelovi glave spontano organiziraju kako bi se oduprli vodenom citosolu i izvanstaničnoj tekućini, dok su hidrofobni (vodoodbojni) dijelovi repa okrenuti od citosola i izvanstanične tekućine. Lipidni dvosloj je polupropusni, dopuštajući da samo nekoliko molekula difundira kroz membranu.

Kolesterol je još jedna lipidna komponenta životinjskih staničnih membrana. Molekule kolesterola selektivno su raspršene između membranskih fosfolipida. To pomaže u održavanju krutosti staničnih membrana sprječavajući da fosfolipidi postanu previše gusti. Kolesterol je odsutan u membranama biljnih stanica.

Glikolipidi se nalaze s vanjska površina stanične membrane te su s njima povezani lancem ugljikohidrata. Oni pomažu stanici da prepozna druge stanice u tijelu.

Membranski proteini

Stanična membrana sadrži dvije vrste povezanih proteina. Proteini periferne membrane su vanjski i povezani su s njom u interakciji s drugim proteinima. Integralni membranski proteini su umetnuti u membranu i većina prolazi kroz nju. Dijelovi ovih transmembranskih proteina nalaze se s obje njegove strane.

Proteini plazma membrane imaju niz različite funkcije... Strukturni proteini pružaju potporu i oblik stanicama. Proteini membranskih receptora pomažu stanicama da komuniciraju sa svojim vanjskim okruženjem putem hormona, neurotransmitera i drugih signalnih molekula. Transportni proteini kao što su globularni proteini prenose molekule kroz stanične membrane putem olakšane difuzije. Glikoproteini imaju ugljikohidratni lanac vezan za njih. Oni su ugrađeni u staničnu membranu kako bi pomogli u razmjeni i transportu molekula.

Membrane organela

Neke stanične organele također su okružene zaštitnim membranama. jezgra,