Membranos atlieka daug skirtingų funkcijų:
membranos nustato organelės ar ląstelės formą;
kliūtis: kontroliuoja tirpių medžiagų (pavyzdžiui, Na +, K +, Cl - jonų) mainus tarp vidinio ir išorinio skyriaus;
energingas: ATP sintezė ant vidinių mitochondrijų membranų ir fotosintezė chloroplastų membranose; suformuoti paviršių tekėjimui cheminės reakcijos(fosforilinimas ant mitochondrijų membranų);
yra struktūra, kuri atpažįsta cheminius signalus (hormonų ir neurotransmiterių receptoriai yra ant membranos);
vaidina tarpląstelinį ryšį ir skatina ląstelių judėjimą.
Transportavimas per membraną. Membrana turi selektyvų pralaidumą tirpioms medžiagoms, kuri yra būtina:
ląstelės atskyrimas nuo ekstraląstelinės aplinkos;
užtikrinti reikalingų molekulių (pvz., lipidų, gliukozės ir aminorūgščių) įsiskverbimą į ląstelę ir joje sulaikymą, taip pat medžiagų apykaitos produktų (taip pat ir nereikalingų) pašalinimą iš ląstelės;
išlaikant transmembraninį jonų gradientą.
Intraląstelinės organelės taip pat gali turėti selektyviai pralaidžią membraną. Pavyzdžiui, lizosomose membrana išlaiko vandenilio jonų (H +) koncentraciją 1000-10000 kartų didesnę nei citozolyje.
Transportavimas per membraną gali būti pasyvus, lengvas arba aktyvus.
Pasyvus transportas yra molekulių arba jonų judėjimas pagal koncentraciją arba elektrocheminį gradientą. Tai gali būti paprasta difuzija, pavyzdžiui, dujų (pvz., O 2 ir CO 2) arba paprastų molekulių (etanolio) prasiskverbimo pro plazmos membraną atveju. Taikant paprastą difuziją, mažos molekulės, ištirpusios ekstraląsteliniame skystyje, vėliau ištirpsta membranoje, o vėliau - intraląsteliniame skystyje. Šis procesas yra nespecifinis, o prasiskverbimo per membraną greitį lemia molekulės hidrofobiškumo laipsnis, tai yra, jos tirpumas riebaluose. Difuzijos greitis per lipidų dvigubą sluoksnį yra tiesiogiai proporcingas hidrofobiškumui, taip pat transmembraniniam koncentracijos gradientui arba elektrocheminiam gradientui.
Supaprastinta difuzija – tai greitas molekulių judėjimas per membraną naudojant specifinius membranos baltymus, vadinamus permeazėmis. Šis procesas yra specifinis, vyksta greičiau nei paprasta difuzija, tačiau turi transporto greičio apribojimą.
Supaprastinta difuzija dažniausiai būdinga vandenyje tirpioms medžiagoms. Dauguma (jei ne visi) membranų pernešėjai yra baltymai. Specifinis nešėjų veikimo palengvintoje difuzijoje mechanizmas nebuvo pakankamai ištirtas. Pavyzdžiui, jie gali suteikti pervežimą iki sukamasis judesys membranoje. V Pastaruoju metu buvo informacijos, kad baltymai nešikliai, kontaktuodami su transportuojama medžiaga, keičia savo konformaciją, dėl to membranoje atsidaro savotiški „vartai“ arba kanalai. Šie pokyčiai atsiranda dėl energijos, išsiskiriančios, kai transportuojama medžiaga jungiasi su baltymu. Galimas ir relės tipo perdavimas. Šiuo atveju pats nešiklis lieka nejudantis, o jonai migruoja juo iš vienos hidrofilinės jungties į kitą.
Antibiotikas gramicidinas gali būti šio tipo nešiklio pavyzdys. Membranos lipidiniame sluoksnyje jo ilga linijinė molekulė įgauna spiralės formą ir sudaro hidrofilinį kanalą, per kurį K jonas gali migruoti gradientu.
Eksperimentiniai įrodymai apie natūralių kanalų egzistavimą biologinės membranos Oi. Transporto baltymai yra labai specifiniai per membraną transportuojamai medžiagai ir daugeliu savybių primena fermentus. Jie yra labai jautrūs pH, juos konkurenciškai slopina junginiai, savo struktūra panaši į transportuojamą medžiagą, ir nekonkurenciškai - agentai, keičiantys specifines funkcines baltymų grupes.
Supaprastinta difuzija nuo įprastos difuzijos skiriasi ne tik greičiu, bet ir gebėjimu prisotinti. Medžiagų perdavimo greitis didėja proporcingai koncentracijos gradiento padidėjimui tik iki tam tikrų ribų. Pastarąjį lemia vežėjo „galia“.
Aktyvus transportavimas – tai jonų ar molekulių judėjimas per membraną prieš koncentracijos gradientą dėl ATP hidrolizės energijos. Yra trys pagrindiniai aktyvaus jonų pernešimo tipai:
natrio-kalio siurblys - Na + / K + -adenozintrifosfatazė (ATPazė), kuri neša Na + į išorę, o K + - į vidų;
kalcio (Ca 2+) siurblys – Ca 2+ -ATPazė, pernešanti Ca 2+ iš ląstelės ar citozolio į sarkoplazminį tinklą;
protonų siurblys - H + -ATPazė. Aktyviojo transportavimo metu sukurti jonų gradientai gali būti naudojami aktyviam kitų molekulių, pavyzdžiui, kai kurių aminorūgščių ir cukrų, transportavimui (antrinis aktyvus transportas).
Bendras transportas- Tai jono ar molekulės pernešimas kartu su kito jono perdavimu. Simbolis- vienu metu abiejų molekulių perkėlimas viena kryptimi; antiportas- tuo pačiu metu abiejų molekulių perkėlimas priešingomis kryptimis. Jei transportavimas nesusietas su kito jono perdavimu, šis procesas vadinamas uniforma... Bendras transportavimas galimas tiek su palengvinta difuzija, tiek aktyvaus transportavimo metu.
Gliukozė gali būti transportuojama palengvinus simptomų tipo difuziją. Cl ir HCO 3 jonai yra pernešami per eritrocitų membraną palengvintos difuzijos dėka nešikliu, vadinamu 3 juosta, kaip antiportas. Šiuo atveju Cl - ir HCO 3 - transportuojami priešingomis kryptimis, o transportavimo kryptį lemia vyraujantis koncentracijos gradientas.
Aktyvus jonų transportavimas prieš koncentracijos gradientą reikalauja energijos, išsiskiriančios ATP hidrolizės metu į ADP: ATP ADP + F (neorganinis fosfatas). Aktyvus transportavimas, taip pat palengvinta difuzija, pasižymi specifiškumu, didžiausio greičio apribojimu (ty kinetinė kreivė pasiekia plato) ir inhibitorių buvimą. Pavyzdys yra pirminis aktyvus pernešimas, kurį atlieka Na + / K + - ATPazė. Norint, kad ši fermentų antiporto sistema veiktų, būtinas Na +, K + ir magnio jonų buvimas. Jo yra beveik visose gyvūnų ląstelėse, o jo koncentracija ypač didelė jaudinamuose audiniuose (pavyzdžiui, nervuose ir raumenyse) ir ląstelėse, kurios aktyviai dalyvauja Na + judėjime per plazmos membraną (pavyzdžiui, inkstų ir seilių liaukų žievė) ...
Pats fermentas ATPazė yra oligomeras, susidedantis iš 2 -subvienetų po 110 kDa ir 2 glikoproteino -subvienetų po 55 kDa. ATP hidrolizės metu vyksta grįžtamasis tam tikros aspartato liekanos -subjungtyje fosforilinimas ir susidaro -aspartamilas. fosfatas + Na reikalingas fosforilinimui Mg 2+, bet ne K +, o defosforilinimui reikia K +, bet ne Na + ar Mg 2+. Aprašomos dvi skirtingų energijos lygių baltymų komplekso konformacinės būsenos, kurios dažniausiai žymimos E 1 ir E 2, todėl ATPazė dar vadinama. nešiklio tipas E 1 – E 2 ... Pavyzdžiui, širdies glikozidai digoksinas ir ouabainas, slopina ATPazės aktyvumą .. Ouabainas dėl gero tirpumo vandenyje plačiai naudojamas eksperimentiniai tyrimai tirti natrio siurblį.
Visuotinai priimta Na + / K + - ATPazės darbo koncepcija yra tokia. Na ir ATP jonai prisijungia prie ATPazės molekulės, esant Mg 2+. Na jonų prisijungimas sukelia ATP hidrolizės reakciją, dėl kurios susidaro ADP ir fosforilinta fermento forma. Fosforilinimas sukelia fermentinio baltymo perėjimą į naują konformacinę būseną, o vieta ar vietos, kuriose yra Na, yra nukreiptos į išorinę aplinką. Čia Na + pakeičiamas į K +, kadangi fosforilintai fermento formai būdingas didelis afinitetas K. jonams, atvirkštinis fermento perėjimas į pradinę konformaciją inicijuojamas hidroliziniu būdu skaidant fosforilo grupę. neorganinio fosfato ir kartu su K + išsiskyrimu į ląstelės vidinę erdvę. Defosforilinta aktyvi fermento vieta gali prijungti naują ATP molekulę, ir ciklas kartojasi.
K ir Na jonų kiekiai, patenkantys į ląstelę dėl siurblio veikimo, nėra lygūs vienas kitam. Trims pašalintiems Na jonams yra du K jonai, tuo pačiu metu hidrolizuojant vieną ATP molekulę. Kanalo atidarymą ir uždarymą priešingose membranos pusėse bei kintamą Na ir K surišimo efektyvumo pokytį užtikrina ATP hidrolizės energija. Pernešami jonai – Na ir K – yra šios fermentinės reakcijos kofaktoriai. Teoriškai galima įsivaizduoti pačius įvairiausius šiuo principu veikiančius siurblius, nors šiuo metu žinomi vos keli iš jų.
Gliukozės transportavimas. Gliukozės pernešimas gali vykti tiek dėl palengvintos difuzijos, tiek dėl aktyvaus transportavimo, pirmuoju atveju jis vyksta kaip vienetas, antruoju kaip simptomas. Gliukozė gali būti transportuojama į raudonuosius kraujo kūnelius palengvintos difuzijos būdu. Michaelio konstanta (K m) gliukozės transportavimui į eritrocitus yra maždaug 1,5 mmol / l (ty esant tokiai gliukozės koncentracijai apie 50% turimų permeazės molekulių bus prijungta prie gliukozės molekulių). Kadangi gliukozės koncentracija žmogaus kraujyje yra 4-6 mmol / l, eritrocitai ją absorbuoja beveik didžiausiu greičiu. Permeazės specifiškumas pasireiškia jau tuo, kad L-izomeras, priešingai nei D-galaktozė ir D-mannozė, beveik nepernešamas į eritrocitus, tačiau norint pasiekti transportinės sistemos pusinį prisotinimą, reikia didesnės jų koncentracijos. Patekusi į ląstelę, gliukozė fosforilinama ir nebegali išeiti iš ląstelės. Gliukozės permeazė taip pat vadinama D-heksozės permeaze. Tai vientisas membraninis baltymas, kurio molekulinė masė yra 45 kDa.
Gliukozę taip pat gali transportuoti nuo Na + priklausoma simptomų sistema, randama daugelio audinių plazminėse membranose, įskaitant inkstų kanalėlius ir žarnyno epitelį. Šiuo atveju viena gliukozės molekulė yra pernešama palengvintos difuzijos būdu prieš koncentracijos gradientą, o viena Na jona - išilgai koncentracijos gradiento. Visa sistema galiausiai veikia dėl Na + / K + - ATPazės siurbimo funkcijos. Taigi, simportas yra antrinė aktyvi transporto sistema. Panašiu būdu transportuojamos ir aminorūgštys.
Ca 2+ siurblys yra aktyvi E 1 - E 2 tipo transporto sistema, susidedanti iš vientiso membraninio baltymo, kuris fosforilinamas prie aspartato liekanos Ca 2+ pernešimo procese. Kiekvienos ATP molekulės hidrolizės metu pernešami du Ca 2+ jonai. Eukariotinėse ląstelėse Ca 2+ gali prisijungti prie kalcį jungiančio baltymo, vadinamo kalmodulinas, o visas kompleksas jungiasi prie Ca 2+ siurblio. Troponinas C ir parvalbuminas taip pat yra Ca 2+ surišantys baltymai.
Ca jonus, kaip ir Na jonus, iš ląstelių aktyviai pašalina Ca 2+ -ATPazė. Endoplazminio tinklo membranose yra ypač daug kalcio pompos baltymo. Cheminių reakcijų, vedančių į ATP hidrolizę ir Ca 2+ pernešimą, grandinę galima parašyti tokiomis lygtimis:
2Ca n + ATP + E 1 Ca 2 - E - P + ADP
Ca 2 - E - P 2Ca int + PO 4 3 - + E 2
Kur San yra Ca2 + lauke;
Ca int - Ca 2+ viduje;
E 1 ir E 2 yra skirtingos nešiklio fermento konformacijos, kurių perėjimas iš vienos į kitą yra susijęs su ATP energijos panaudojimu.
Aktyvaus H + pašalinimo iš citoplazmos sistemą palaiko dviejų tipų reakcijos: elektronų transportavimo grandinės (redokso grandinės) aktyvumas ir ATP hidrolizė. Tiek redoksiniai, tiek hidroliziniai H + siurbliai yra membranose, galinčiose šviesos ar cheminę energiją paversti H + energija (ty prokariotų plazminėse membranose, chloroplastų ir mitochondrijų konjuguojančiose membranose). Dėl H + ATPazės ir (arba) redokso grandinės darbo protonai perkeliami, o membranoje atsiranda protonų varomoji jėga (H +). Kaip rodo tyrimai, vandenilio jonų elektrocheminis gradientas gali būti naudojamas konjuguotajam transportavimui (antriniam aktyviam transportavimui). didelis skaičius metabolitai – anijonai, aminorūgštys, cukrūs ir kt.
Plazminės membranos aktyvumas yra susijęs su didelės molekulinės masės kietų ir skystų medžiagų įsisavinimu ląstelėje, fagocitozė ir pinocitozė(iš gerch. fagos- yra , pinos- gerti, citos- ląstelė). Ląstelių membrana sudaro kišenes arba invaginacijas, kurios traukia medžiagas iš išorės. Tada tokios invaginacijos yra atskirtos ir apsuptos membrana išorinės aplinkos lašeliu (pinocitozė) arba kietosiomis dalelėmis (fagocitozė). Pinocitozė stebima įvairiose ląstelėse, ypač tuose organuose, kuriuose vyksta absorbcijos procesai.
1 – poliarinė fosfolipidų molekulės galvutė
2 - fosfolipidų molekulės riebalų rūgščių uodega
3 – vientisas baltymas
4 - periferinis baltymas
5 – pusiau vientisas baltymas
6 - glikoproteinas
7 - glikolipidas
Išorinė ląstelės membrana yra būdinga visoms ląstelėms (gyvūnams ir augalams), jos storis yra apie 7,5 (iki 10) nm ir susideda iš lipidų ir baltymų molekulių.
Šiuo metu įprastas skystos mozaikos konstrukcijos modelis ląstelės membrana... Pagal šį modelį lipidų molekulės yra išsidėsčiusios dviem sluoksniais, kurių vandenį atstumiantys galai (hidrofobiniai – tirpūs riebaluose) atsukti vienas į kitą, o vandenyje tirpūs (hidrofiliniai) galai – į periferiją. Baltymų molekulės yra įterptos į lipidų sluoksnį. Kai kurie jų yra lipidinės dalies išoriniame arba vidiniame paviršiuje, kiti yra iš dalies panirę arba pro membraną prasiskverbia pro ir kiaurai.
Membranos funkcijos :
Apsauginis, sieninis, barjeras;
Transportas;
Receptorius - atliekamas baltymų sąskaita - receptoriai, kurie turi selektyvų gebėjimą tam tikroms medžiagoms (hormonams, antigenams ir kt.), patenka į juos kartu su jais. cheminės sąveikos, pravesti signalus į ląstelę;
Dalyvauti formuojant tarpląstelinius kontaktus;
Suteikti kai kurių ląstelių judėjimą (amebos judėjimas).
Gyvūnų ląstelės turi ploną glikokalikso sluoksnį ant išorinės ląstelės membranos. Tai angliavandenių su lipidais ir angliavandenių su baltymais kompleksas. Glikokaliksas dalyvauja tarpląstelinėje sąveikoje. Daugumos ląstelių organelių citoplazminės membranos turi lygiai tokią pačią struktūrą.
Turi augalų ląstelės už citoplazminės membranos ribų. esantis ląstelių sienelės sudarytas iš celiuliozės.
Medžiagų pernešimas per citoplazminę membraną .
Yra du pagrindiniai medžiagų patekimo į ląstelę arba iš jos išėjimo mechanizmai:
1. Pasyvus transportas.
2. Aktyvus transportas.
Pasyvus medžiagų pernešimas vyksta nenaudojant energijos. Tokio transportavimo pavyzdys yra difuzija ir osmosas, kai molekulės arba jonai perkeliami iš didelės koncentracijos srities į mažesnės koncentracijos sritį, pavyzdžiui, vandens molekulių.
Aktyvus transportavimas – naudojant šį transportavimo būdą molekulės arba jonai prasiskverbia pro membraną prieš koncentracijos gradientą, o tam reikia energijos. Aktyvaus transportavimo pavyzdys yra natrio-kalio siurblys, kuris aktyviai pumpuoja natrį iš ląstelės ir sugeria kalio jonus iš išorinės aplinkos, pernešdamas juos į ląstelę. Siurblys yra specialus membraninis baltymas, kuris paleidžia jį su ATP.
Aktyvus transportas palaiko pastovų ląstelių tūrį ir membranos potencialą.
Medžiagų transportavimas gali būti atliekamas endocitozės ir egzocitozės būdu.
Endocitozė – medžiagų įsiskverbimas į ląstelę, egzocitozė – iš ląstelės.
Endocitozės metu plazminė membrana suformuoja invaginaciją arba ataugas, kurios vėliau apgaubia medžiagą ir, atsiskirdamos, virsta burbuliukais.
Yra dviejų tipų endocitozė:
1) fagocitozė - kietųjų dalelių (fagocitinių ląstelių) absorbcija,
2) pinocitozė – skystos medžiagos absorbcija. Pinocitozė būdinga ameboidiniams pirmuoniams.
Egzocitozės būdu iš ląstelių pašalinamos įvairios medžiagos: iš virškinimo vakuolių pašalinami nesuvirškinto maisto likučiai, o iš sekrecinių ląstelių – skystas jų sekretas.
Citoplazma -(citoplazma + branduolio formos protoplazma). Citoplazma susideda iš vandeningos pagrindinės medžiagos (citoplazminės matricos, hialoplazmos, citozolio) ir įvairių joje esančių organelių bei inkliuzų.
Inkliuzai – ląstelių atliekos. Yra 3 inkliuzų grupės – trofinės, sekrecinės (liaukos ląstelės) ir specialiosios (pigmentinės) reikšmės.
Organelės - tai nuolatinės citoplazmos struktūros, kurios ląstelėje atlieka tam tikras funkcijas.
Paskirstykite organelius bendra vertė ir ypatingas. Ypatingųjų yra daugumoje ląstelių, tačiau reikšmingais kiekiais jų yra tik tam tikrą funkciją atliekančiose ląstelėse. Tai žarnyno epitelio ląstelių mikrovileliai, trachėjos ir bronchų epitelio blakstienos, žvyneliai, miofibrilės (suteikiančios raumenų susitraukimą ir kt.).
Bendros svarbos organelės yra EPS, Golgi kompleksas, mitochondrijos, ribosomos, lizosomos, ląstelių centro centriolės, peroksisomos, mikrotubulės, mikrofilamentai. Augalų ląstelėse – plastidės, vakuolės. Bendros svarbos organelės gali būti suskirstytos į membraninę ir nemembraninę struktūrą.
Membraninės struktūros organelės yra dviejų membranų ir vienos membranos. Mitochondrijos ir plastidai vadinami dviem membranomis. Į vienmembranę – endoplazminis tinklas, Golgi kompleksas, lizosomos, peroksisomos, vakuolės.
Organelės be membranų: ribosomos, ląstelės centras, mikrovamzdeliai, mikrofilamentai.
Mitochondrijos – tai apvalios arba ovalios formos organelės. Jie susideda iš dviejų membranų: vidinės ir išorinės. Vidinėje membranoje yra ataugų – kristų, kurios dalija mitochondrijas į skyrius. Skyriai užpildyti medžiaga – matrica. Matricoje yra DNR, mRNR, tRNR, ribosomos, kalcio ir magnio druskos. Čia vyksta autonominė baltymų biosintezė. Pagrindinė mitochondrijų funkcija yra energijos sintezė ir jos kaupimas ATP molekulėse. Naujos mitochondrijos susidaro ląstelėje dėl senųjų dalijimosi.
Plastidai – organelės, daugiausia randamos augalų ląstelėse. Jie yra trijų tipų: chloroplastai, turintys žalią pigmentą; chromoplastai (raudonos, geltonos, oranžinės spalvos pigmentai); leukoplastai (bespalviai).
Chloroplastai žaliojo pigmento chlorofilo dėka, panaudodami saulės energiją, gali sintetinti organines medžiagas iš neorganinių.
Chromoplastai suteikia gėlėms ir vaisiams ryškių spalvų.
Leukoplastai geba kaupti rezervines maistines medžiagas: krakmolą, lipidus, baltymus ir kt.
Endoplazminis Tinklelis ( EPS ) yra sudėtinga vakuolių ir kanalų sistema, kurią riboja membranos. Atskirkite lygų (agranuliuotą) ir grubų (granuliuotą) EPS. Smooth membranoje nėra ribosomų. Sintetina lipidus, lipoproteinus, kaupia ir pašalina iš ląstelės toksines medžiagas. Granuliuotas EPS turi membranines ribosomas, kuriose sintetinami baltymai. Tada baltymai patenka į Golgi kompleksą, o iš ten į išorę.
Golgi kompleksas (Golgi aparatas) yra suplotų membraninių maišelių šūsnis – cisternos ir su jais susijusi pūslelių sistema. Cisternų krūva vadinama diktiozomu.
Golgi komplekso funkcijos : baltymų modifikavimas, polisacharidų sintezė, medžiagų pernešimas, ląstelės membranos formavimas, lizosomų susidarymas.
Lizosomos – yra membrana apsuptos pūslelės, kuriose yra fermentų. Jie atlieka tarpląstelinį medžiagų skilimą ir yra suskirstyti į pirminį ir antrinį. Pirminėse lizosomose yra neaktyvios formos fermentų. Patekus į organelius įvairių medžiagų suaktyvėja fermentai ir prasideda virškinimo procesas – tai antrinės lizosomos.
Peroksisomos turėti burbuliukų formą, apribotą viena membrana. Juose yra fermentų, skaidančių vandenilio peroksidą, kuris yra toksiškas ląstelėms.
Vakuolės – tai yra augalų ląstelių organelės, kuriose yra ląstelių sulčių. V ląstelių sultys gali būti atsarginių maistinių medžiagų, pigmentų, atliekų. Vakuolės dalyvauja kuriant turgorinį slėgį, reguliuojant vandens – druskų apykaitą.
Ribosomos – organelės, susidedančios iš didelių ir mažų subvienetų. Jie gali būti arba ant EPS, arba gali būti laisvai ląstelėje, sudarydami polisomas. Jie susideda iš rRNR ir baltymų ir susidaro branduolyje. Baltymų biosintezė vyksta ribosomose.
Ląstelių centras – randama gyvūnų, grybų, žemesnių augalų ląstelėse ir nėra aukštesniuosiuose augaluose. Jis susideda iš dviejų centriolių ir spinduliuojančios sferos. Centrolė yra tuščiavidurio cilindro pavidalo, kurio sienelę sudaro 9 mikrovamzdelių tripletai. Dalijimosi metu ląstelės suformuoja mitozinio verpstės gijas, kurios užtikrina chromatidžių divergenciją mitozės anafazėje ir homologinių chromosomų išsiskyrimą mejozės metu.
Mikrovamzdeliai – įvairaus ilgio vamzdiniai dariniai. Jie yra centriolių, mitozinio verpstės, žvynelių, blakstienų dalis, atlieka atraminę funkciją, skatina tarpląstelinių struktūrų judėjimą.
Mikrofilamentai – siūliniai ploni dariniai, išsidėstę visoje citoplazmoje, tačiau ypač daug jų yra po ląstelės membrana. Kartu su mikrovamzdeliais jie sudaro ląstelės citoskeletą, lemia citoplazmos tekėjimą, tarpląstelinį pūslelių, chloroplastų ir kitų organelių judėjimą.
Ląstelių evoliucija
Yra du ląstelių evoliucijos etapai:
1.Cheminis.
2. Biologinis.
Cheminis etapas prasidėjo maždaug prieš 4,5 mlrd. Esant įtakai Ultravioletinė radiacija, spinduliuotės, žaibo išlydžių (energijos šaltinių), formavimosi pirmosios paprastos cheminiai junginiai- monomerai, o po to sudėtingesni - polimerai ir jų kompleksai (angliavandeniai, lipidai, baltymai, nukleorūgštys).
Biologinė ląstelių formavimosi stadija prasideda nuo probiontų – atskirų kompleksinių sistemų, galinčių savaime daugintis, savireguliuoti ir natūraliai atrankai, atsiradimo. Probiontai atsirado prieš 3-3,8 mlrd. Pirmosios prokariotinės ląstelės – bakterijos – atsirado iš probiontų. Eukariotinės ląstelės išsivystė iš prokariotų (prieš 1–1,4 milijardo metų) dviem būdais:
1) Kelių prokariotinių ląstelių simbiozės būdu - tai simbiotinė hipotezė;
2) Invaginuojant ląstelės membraną. Invaginacijos hipotezės esmė yra ta, kad prokariotinėje ląstelėje buvo keli genomai, pritvirtinti prie ląstelės membranos. Tada įvyko invaginacija – invaginacija, ląstelės membranos surišimas ir šie genomai virto mitochondrijomis, chloroplastais ir branduoliu.
Ląstelių diferenciacija ir specializacija .
Diferenciacija – tai įvairių tipų ląstelių ir audinių susidarymas daugialąsčio organizmo vystymosi metu. Viena iš hipotezių diferenciaciją sieja su genų ekspresija individo vystymosi metu. Ekspresija – tai tam tikrų genų įtraukimo į darbą procesas, sukuriantis sąlygas kryptingai medžiagų sintezei. Todėl vyksta audinių vystymasis ir specializacija viena ar kita kryptimi.
Panaši informacija.
Ląstelės membrana dar vadinama plazmine (arba citoplazmine) membrana ir plazmolema. Ši struktūra ne tik atskiria vidinį ląstelės turinį nuo išorinės aplinkos, bet ir patenka į daugumos ląstelių organelių ir branduolio sudėtį, savo ruožtu atskirdama juos nuo hialoplazmos (citozolio) - klampios-skystos citoplazmos dalies. Susitarkime paskambinti cito plazmos membrana ta, kuri atskiria ląstelės turinį nuo išorinės aplinkos. Likusios sąvokos žymi visas membranas.
Ląstelinės (biologinės) membranos struktūra pagrįsta dvigubu lipidų (riebalų) sluoksniu. Tokio sluoksnio susidarymas siejamas su jų molekulių ypatumais. Lipidai netirpsta vandenyje, o kondensuojasi savaip. Viena vienos lipidų molekulės dalis yra poliarinė galvutė (ją traukia vanduo, tai yra, ji yra hidrofilinė), o kita – ilgų nepolinių uodegų pora (šią molekulės dalį atstumia vanduo, yra hidrofobinis). Tokia molekulių struktūra verčia juos „slėpti“ savo uodegas nuo vandens ir pasukti poliarines galvas vandens link.
Dėl to susidaro dvigubas lipidų sluoksnis, kuriame nepolinės uodegėlės yra viduje (viena priešais), o poliarinės galvutės – į išorę (į aplinką ir citoplazmą). Tokios membranos paviršius yra hidrofilinis, tačiau viduje – hidrofobinis.
Ląstelių membranose, tarp lipidų, vyrauja fosfolipidai (žr. kompleksinius lipidus). Jų galvose yra fosforo rūgšties likučių. Be fosfolipidų, yra glikolipidų (lipidai + angliavandeniai) ir cholesterolio (nurodo sterolius). Pastaroji suteikia membranai standumo, nes yra jos storyje tarp likusių lipidų uodegų (cholesterolis yra visiškai hidrofobinis).
Dėl elektrostatinės sąveikos kai kurios baltymų molekulės prisitvirtina prie įkrautų lipidų galvučių, kurios tampa paviršiaus membranos baltymais. Kiti baltymai sąveikauja su nepoliarinėmis uodegomis, iš dalies pasineria į dvigubą sluoksnį arba prasiskverbia į jį kiaurai.
Taigi ląstelės membrana susideda iš dvigubo lipidų sluoksnio, paviršinių (periferinių), panardintų (pusiau vientisų) ir pralaidžių (integralinių) baltymų. Be to, kai kurie baltymai ir lipidai membranos išorėje yra susiję su angliavandenių grandinėmis.
Tai membranos struktūros skysčio mozaikinis modelis buvo paleistas XX amžiaus 70-aisiais. Prieš tai buvo daromas sumuštinis struktūros modelis, pagal kurį lipidų dvisluoksnis yra viduje, o membrana iš vidaus ir išorės yra padengta ištisiniais paviršiaus baltymų sluoksniais. Tačiau eksperimentinių duomenų kaupimas paneigė šią hipotezę.
Įvairių ląstelių membranų storis yra apie 8 nm. Membranos (netgi skirtingos to paties pusės) skiriasi procentais skirtingi tipai lipidai, baltymai, fermentinis aktyvumas ir tt Vienos membranos yra skystesnės ir pralaidesnės, kitos tankesnės.
Ląstelės membranos plyšimai lengvai susilieja dėl lipidinio dvisluoksnio fizikinių ir cheminių savybių. Membranos plokštumoje lipidai ir baltymai (nebent juos fiksuoja citoskeletas) juda.
Ląstelių membranos funkcijos
Dauguma baltymų, panardintų į ląstelės membraną, atlieka fermentinę funkciją (tai yra fermentai). Dažnai (ypač ląstelių organelių membranose) fermentai išsidėsto tam tikra seka taip, kad vieno fermento katalizuojami reakcijos produktai pereina į antrąjį, po to į trečią ir tt Susidaro konvejeris, stabilizuojantis paviršiaus baltymus, nes jie ne. leisti fermentams plūduriuoti išilgai lipidų dvigubo sluoksnio.
Ląstelės membrana atlieka atribojimo (barjero) nuo aplinkos funkciją ir kartu transportavimo funkciją. Galime pasakyti, kad tai yra svarbiausias jos tikslas. Citoplazminė membrana, turinti tvirtumą ir selektyvų pralaidumą, palaiko ląstelės vidinės sudėties (jos homeostazės ir vientisumo) pastovumą.
Tokiu atveju vyksta medžiagų pernešimas Skirtingi keliai... Koncentracijos gradiento pernešimas apima medžiagų judėjimą iš didesnės koncentracijos srities į sritį, kurioje yra mažesnė (difuzija). Pavyzdžiui, dujos (CO 2, O 2) difunduoja.
Taip pat yra transportavimas prieš koncentracijos gradientą, tačiau sunaudojama energija.
Transportas pasyvus ir lengvas (kai padeda koks vežėjas). Pasyvi difuzija per ląstelės membraną galima riebaluose tirpioms medžiagoms.
Yra specialūs baltymai, dėl kurių membranos pralaidžios cukrui ir kitoms vandenyje tirpioms medžiagoms. Šie nešikliai jungiasi prie transportuojamų molekulių ir tempia jas per membraną. Taip gliukozė pernešama eritrocitų viduje.
Prasiskverbiantys baltymai, susijungę, gali sudaryti poras tam tikroms medžiagoms judėti per membraną. Tokie nešikliai nejuda, o sudaro kanalą membranoje ir veikia panašiai kaip fermentai, surišdami tam tikrą medžiagą. Perkėlimas atliekamas pasikeitus baltymo konformacijai, dėl kurios membranoje susidaro kanalai. Pavyzdys yra natrio kalio siurblys.
Eukariotinės ląstelės membranos transportavimo funkcija taip pat realizuojama per endocitozę (ir egzocitozę).Šių mechanizmų dėka į ląstelę (ir iš jos) patenka didelės biopolimerų molekulės, net ištisos ląstelės. Endo- ir egzocitozė būdinga ne visoms eukariotų ląstelėms (prokariotai jos visai neturi). Taigi endocitozė stebima pirmuoniuose ir apatiniuose bestuburiuose; žinduoliuose leukocitai ir makrofagai absorbuoja kenksmingų medžiagų o bakterijos, tai yra endocitozė atlieka apsauginę organizmo funkciją.
Endocitozė skirstoma į fagocitozė(citoplazma apgaubia dideles daleles) ir pinocitozė(skysčių lašelių su jame ištirpusiomis medžiagomis gaudymas). Šių procesų mechanizmas yra maždaug toks pat. Ląstelių paviršiuje absorbuojamos medžiagos yra apsuptos membrana. Susidaro pūslelė (fagocitinė arba pinocitinė), kuri vėliau juda į ląstelę.
Egzocitozė – tai medžiagų (hormonų, polisacharidų, baltymų, riebalų ir kt.) pašalinimas iš ląstelės per citoplazminę membraną. Šios medžiagos yra uždarytos membraninėse pūslelėse, kurios priglunda prie ląstelės membranos. Abi membranos susilieja, o turinys yra už ląstelės ribų.
Citoplazminė membrana atlieka receptorių funkciją. Tam jos išorinėje pusėje yra struktūros, galinčios atpažinti cheminį ar fizinį stimulą. Kai kurie baltymai, prasiskverbiantys į plazmalemą iš išorės, yra sujungti su polisacharidų grandinėmis (sudaro glikoproteinus). Tai yra molekuliniai receptoriai, kurie fiksuoja hormonus. Kai tam tikras hormonas prisijungia prie savo receptoriaus, jis keičia savo struktūrą. Tai savo ruožtu suaktyvina ląstelių atsako mechanizmą. Tokiu atveju gali atsidaryti kanalai, o tam tikros medžiagos gali pradėti patekti į ląstelę arba iš jos pasišalinti.
Ląstelių membranų receptorių funkcija yra gerai ištirta remiantis hormono insulino veikimu. Kai insulinas prisijungia prie savo glikoproteino receptoriaus, suaktyvinama katalizinė šio baltymo tarpląstelinė dalis (fermentas adenilato ciklazė). Fermentas sintetina ciklinį AMP iš ATP. Jis jau aktyvina arba slopina įvairius ląstelių metabolizmo fermentus.
Citoplazminės membranos receptorių funkcija taip pat apima gretimų to paties tipo ląstelių atpažinimą. Tokios ląstelės viena prie kitos jungiasi įvairiais tarpląsteliniais kontaktais.
Audiniuose tarpląstelinių kontaktų pagalba ląstelės gali keistis informacija viena su kita, naudodamos specialiai susintetintas mažos molekulinės masės medžiagas. Vienas iš tokios sąveikos pavyzdžių – kontakto slopinimas, kai ląstelės nustoja augti, gavusios informaciją, kad laisva erdvė užimta.
Tarpląsteliniai kontaktai yra paprasti (skirtingų ląstelių membranos yra greta viena kitos), fiksuojantys (vienos ląstelės membranos įsiskverbimas į kitą), desmosomos (kai membranas jungia skersinių skaidulų ryšuliai, kurie prasiskverbia į citoplazmą). Be to, egzistuoja tarpląstelinių kontaktų dėl mediatorių (tarpininkų) variantas – sinapsės. Juose signalas perduodamas ne tik cheminiu, bet ir elektriniu būdu. Sinapsės perduoda signalus tarp nervų ląstelių, taip pat iš nervo į raumenis.
Išorėje ląstelė yra padengta plazmine membrana (arba išorine ląstelės membrana), kurios storis yra apie 6-10 nm.
Ląstelės membrana yra tanki baltymų ir lipidų (daugiausia fosfolipidų) plėvelė. Lipidų molekulės išsidėsčiusios tvarkingai – statmenai paviršiui, dviem sluoksniais taip, kad jų dalys, kurios intensyviai sąveikauja su vandeniu (hidrofilinės), būtų nukreiptos į išorę, o inertiškos vandeniui (hidrofobinės) – į vidų.
Baltymų molekulės yra išsidėsčiusios nepertraukiamu sluoksniu lipidų karkaso paviršiuje iš abiejų pusių. Dalis jų yra panardintos į lipidų sluoksnį, o dalis praeina pro jį, sudarydami vandeniui pralaidžias sritis. Šie baltymai atlieka įvairios funkcijos– vieni iš jų yra fermentai, kiti – transportiniai baltymai, dalyvaujantys tam tikrų medžiagų pernešime iš aplinkos į citoplazmą ir priešinga kryptimi.
Pagrindinės ląstelės membranos funkcijos
Viena iš pagrindinių biologinių membranų savybių yra selektyvus pralaidumas (pusiau pralaidumas)- vienos medžiagos per jas praeina sunkiai, kitos lengvai ir net link didesnės koncentracijos.Taigi daugumos ląstelių Na jonų koncentracija viduje yra daug mažesnė nei aplinkoje. K jonams būdingas priešingas ryšys: jų koncentracija ląstelės viduje didesnė nei išorėje. Todėl Na jonai visada linkę prasiskverbti į ląstelę, o K jonai – išeiti. Šių jonų koncentracijų išlyginimą neleidžia membranoje esanti speciali sistema, kuri atlieka siurblio, išpumpuojančio Na jonus iš ląstelės ir kartu pumpuojančio K jonus į vidų, vaidmenį.
Na jonų potraukis judėti iš išorės į vidų naudojamas cukrų ir aminorūgščių transportavimui į ląstelę. Aktyviai pašalinus Na jonus iš ląstelės, susidaro sąlygos į ją patekti gliukozei ir aminorūgštims.
Daugelyje ląstelių medžiagų absorbcija taip pat vyksta fagocitozės ir pinocitozės būdu. At fagocitozė lanksti išorinė membrana sudaro nedidelę įdubą, į kurią patenka užfiksuota dalelė. Ši depresija didėja ir, apsupta išorinės membranos, dalelė panardinama į ląstelės citoplazmą. Fagocitozės reiškinys būdingas ameboms ir kai kuriems kitiems pirmuoniams, taip pat leukocitams (fagocitams). Panašiai ir skysčių įsisavinimas ląstelėse būtinas narvui medžiagų. Šis reiškinys buvo pavadintas pinocitozė.
Įvairių ląstelių išorinės membranos labai skiriasi tiek savo baltymų ir lipidų chemine sudėtimi, tiek santykiniu kiekiu. Būtent šios savybės lemia įvairių ląstelių membranų fiziologinio aktyvumo įvairovę ir vaidmenį ląstelių bei audinių gyvenime.
Ląstelės endoplazminis tinklas yra prijungtas prie išorinės membranos. Išorinių membranų pagalba užmezgami įvairaus tipo tarpląsteliniai kontaktai, t.y. bendravimas tarp atskirų ląstelių.
Daugeliui ląstelių tipų būdinga tai, kad jų paviršiuje yra daug išsikišimų, raukšlių, mikrovillių. Jie prisideda tiek prie reikšmingo ląstelių paviršiaus ploto padidėjimo, tiek prie medžiagų apykaitos pagerėjimo, tiek prie stipresnių atskirų ląstelių tarpusavio ryšių.
Ląstelės membranos išorėje augalų ląstelės turi storas, optiniu mikroskopu lengvai atskiriamas membranas, susidedančias iš celiuliozės (celiuliozės). Jie sukuria tvirtą atramą augalų audiniams (medienai).
Kai kurios gyvūninės kilmės ląstelės taip pat turi daugybę išorinių struktūrų, esančių ant ląstelės membranos ir turi apsauginį pobūdį. Pavyzdys galėtų būti vabzdžių odos ląstelių chitinas.
Ląstelių membranos funkcijos (trumpai)
| Funkcija | apibūdinimas |
|---|---|
| Apsauginis barjeras | Atskiria vidinius ląstelės organelius nuo išorinės aplinkos |
| Reguliavimo | Jis reguliuoja medžiagų apykaitą tarp vidinio ląstelės turinio ir išorinės aplinkos |
| Atskyrimas (skirstymas) | Ląstelės vidinės erdvės padalijimas į nepriklausomus blokus (skyrius) |
| Energija | - Energijos kaupimas ir transformavimas; - šviesos fotosintezės reakcijos chloroplastuose; - Absorbcija ir sekrecija. |
| Receptorius (informacinis) | Dalyvauja formuojant susijaudinimą ir jo laidumą. |
| Variklis | Atlieka ląstelės ar atskirų jos dalių judėjimą. |
Visi gyvi organizmai Žemėje susideda iš ląstelių, o kiekvieną ląstelę supa apsauginis apvalkalas – membrana. Tačiau membranos funkcijos neapsiriboja organelių apsauga ir vienos ląstelės atskyrimu nuo kitos. Ląstelės membrana yra sudėtingas mechanizmas, tiesiogiai susijęs su reprodukcija, regeneracija, mityba, kvėpavimu ir daugeliu kitų svarbių ląstelės funkcijų.
Terminas „ląstelių membrana“ vartojamas beveik šimtmetį. Pats žodis „membrana“, išvertus iš lotynų kalbos, reiškia „plėvelė“. Tačiau ląstelės membranos atveju teisingiau būtų kalbėti apie dviejų tam tikru būdu sujungtų plėvelių rinkinį, be to, skirtingos šių plėvelių pusės turi skirtingas savybes.
Ląstelės membrana (citolemma, plazmolema) yra trijų sluoksnių lipoproteinų (riebalų baltymų) membrana, atskirianti kiekvieną ląstelę nuo gretimų ląstelių ir aplinkos bei vykdanti kontroliuojamus mainus tarp ląstelių ir aplinkos.
Šiame apibrėžime lemiamą reikšmę turi ne tai, kad ląstelės membrana atskiria vieną ląstelę nuo kitos, o tai, kad ji užtikrina jos sąveiką su kitomis ląstelėmis ir aplinka. Membrana yra labai aktyvi, nuolat veikianti ląstelės struktūra, kuriai gamta patikėjo daugybę funkcijų. Iš mūsų straipsnio sužinosite viską apie ląstelės membranos sudėtį, struktūrą, savybes ir funkcijas, taip pat apie ląstelių membranų veikimo sutrikimų keliamą pavojų žmonių sveikatai.
Ląstelių membranų tyrimų istorija
1925 metais du vokiečių mokslininkai Gorteris ir Grendelis sugebėjo atlikti sudėtingą žmogaus kraujo raudonųjų kraujo kūnelių – eritrocitų – eksperimentą. Osmosinio smūgio pagalba mokslininkai gavo vadinamuosius „šešėlius“ – tuščius raudonųjų kraujo kūnelių lukštus, tada sudėjo juos į vieną krūvą ir išmatavo paviršiaus plotą. Kitas žingsnis buvo apskaičiuoti lipidų kiekį ląstelės membranoje. Acetono pagalba mokslininkai iš „šešėlių“ išskyrė lipidus ir nustatė, kad jų užtenka dvigubam ištisiniam sluoksniui.
Tačiau eksperimento metu buvo padarytos dvi didelės klaidos:
Acetono naudojimas neleidžia iš membranų išskirti absoliučiai visų lipidų;
„Šešėlių“ paviršiaus plotas buvo apskaičiuotas pagal sausą svorį, o tai taip pat neteisinga.
Kadangi pirmoji klaida skaičiavimuose davė minusą, o antroji – pliusą, bendras rezultatas pasirodė stebėtinai tikslus, o vokiečių mokslininkai į mokslo pasaulį atnešė patį svarbiausią atradimą – ląstelės membranos lipidinį dvisluoksnį.
1935 m. kita mokslininkų pora Danielle ir Dawson po ilgų eksperimentų su bilipidinėmis plėvelėmis padarė išvadą apie baltymų buvimą ląstelių membranose. Nebuvo jokio kito būdo paaiškinti, kodėl šios plėvelės turi tokį didelį paviršiaus įtempimą. Mokslininkai visuomenei pristatė scheminį ląstelės membranos modelį, panašų į sumuštinį, kur vienalyčiai lipidų-baltymų sluoksniai atlieka duonos riekelių vaidmenį, o tarp jų vietoj sviesto – tuštuma.
1950 metais pirmojo elektroninio mikroskopo pagalba Danielle-Dawson teorija buvo iš dalies patvirtinta – ląstelės membranos mikrografijose buvo aiškiai matomi du sluoksniai, susidedantys iš lipidų ir baltymų galvučių, o tarp jų – skaidri erdvė, užpildyta tik lipidų uodegomis. ir baltymai.
1960 m., vadovaudamasis šiais duomenimis, amerikiečių mikrobiologas J. Robertsonas sukūrė trijų sluoksnių ląstelių membranų sandaros teoriją, kuri ilgas laikas buvo laikomas vieninteliu tikru. Tačiau mokslui tobulėjant, kilo vis daugiau abejonių dėl šių sluoksnių vienalytiškumo. Termodinamikos požiūriu tokia struktūra itin nepalanki – ląstelėms būtų labai sunku per visą „sumuštinį“ transportuoti medžiagas į vidų ir iš jos. Be to, įrodyta, kad skirtingų audinių ląstelių membranos turi skirtingą storį ir prisitvirtinimo būdus, o tai lemia skirtingos organų funkcijos.
1972 metais mikrobiologai S.D. Dainininkė ir G.L. Nicholsonas sugebėjo paaiškinti visus Robertsono teorijos neatitikimus, naudodamas naują, skystą mozaikinį ląstelės membranos modelį. Mokslininkai nustatė, kad membrana yra nevienalytė, asimetriška, užpildyta skysčiu, o jos ląstelės nuolat juda. Jį sudarantys baltymai turi skirtingą struktūrą ir paskirtį, be to, jie yra skirtingais būdais, palyginti su membranos bilipidiniu sluoksniu.
Ląstelių membranų sudėtyje yra trijų tipų baltymai:
Periferinis - pritvirtintas prie plėvelės paviršiaus;
Pusiau vientisas- iš dalies prasiskverbti į bilipidinį sluoksnį;
Integruotas - visiškai įsiskverbia į membraną.
Periferiniai baltymai yra susiję su membranų lipidų galvutėmis per elektrostatinę sąveiką ir niekada nesudaro ištisinio sluoksnio, kaip buvo manoma anksčiau. O pusiau integraliniai ir integraliniai baltymai padeda transportuoti deguonį į ląstelę ir maistinių medžiagų, taip pat puvimo produktų pašalinimui iš jo ir dar kelioms svarbioms funkcijoms, apie kurias sužinosite toliau.
Ląstelės membrana atlieka šias funkcijas:
Barjeras – membranos pralaidumas už skirtingi tipai molekulės nėra vienodos. Kad apeitų ląstelės membraną, molekulė turi būti tam tikro dydžio, Cheminės savybės ir elektros krūvis. Kenksmingos arba netinkamos molekulės dėl ląstelės membranos barjerinės funkcijos tiesiog negali prasiskverbti į ląstelę. Pavyzdžiui, peroksido reakcijos pagalba membrana apsaugo citoplazmą nuo jai pavojingų peroksidų;
Transportas – per membraną praeina pasyvūs, aktyvūs, reguliuojami ir selektyvūs mainai. Pasyvioji medžiagų apykaita tinka riebaluose tirpioms medžiagoms ir dujoms, susidedančioms iš labai mažų molekulių. Tokios medžiagos difuzijos būdu laisvai prasiskverbia į ląstelę ir iš jos neeikvodamos energijos. Esant būtinybei suaktyvinama aktyvi ląstelės membranos transportavimo funkcija, tačiau į ląstelę arba iš jos reikia transportuoti sunkiai transportuojamas medžiagas. Pavyzdžiui, turėti didelis dydis molekulių, arba dėl hidrofobiškumo negali pereiti bilipidinio sluoksnio. Tada pradeda veikti baltymai-siurbliai, įskaitant ATPazę, kuri yra atsakinga už kalio jonų įsisavinimą į ląstelę ir natrio jonų išmetimą iš jos. Reguliuojamas transportas reikalingas sekrecijos ir fermentacijos funkcijoms, pavyzdžiui, kai ląstelės gamina ir išskiria hormonus arba skrandžio sulčių... Visos šios medžiagos palieka ląsteles specialiais kanalais ir tam tikru tūriu. O selektyvioji transportavimo funkcija yra susijusi su pačiais integruotais baltymais, kurie prasiskverbia pro membraną ir tarnauja kaip kanalas, į kurį patenka ir išeina griežtai apibrėžtų tipų molekulės;
Matrica – ląstelės membrana nustato ir fiksuoja organelių išsidėstymą vienas kito atžvilgiu (branduolys, mitochondrijos, chloroplastai) ir reguliuoja jų tarpusavio sąveiką;
Mechaninis - suteikia vienos ląstelės apribojimą nuo kitos ir tuo pačiu metu - teisingas ryšys ląstelės į homogeninį audinį ir organų atsparumą deformacijai;
Apsauginė – tiek augaluose, tiek gyvūnuose ląstelės membrana yra apsauginio karkaso kūrimo pagrindas. Pavyzdžiui, kieta mediena, tanki oda ir dygliuoti spygliai. Gyvūnų karalystėje taip pat gausu ląstelių membranų apsauginės funkcijos pavyzdžių – vėžlio kiautas, chitininė membrana, kanopos ir ragai;
Energija - fotosintezės ir ląstelių kvėpavimo procesai būtų neįmanomi be ląstelės membranos baltymų dalyvavimo, nes būtent baltymų kanalų pagalba ląstelės keičiasi energija;
Receptorius – baltymai, įterpti į ląstelės membraną, gali atlikti dar vieną svarbią funkciją. Jie tarnauja kaip receptoriai, per kuriuos ląstelė gauna signalą iš hormonų ir neurotransmiterių. O tai, savo ruožtu, būtina nerviniams impulsams atlikti ir normalus srautas hormoniniai procesai;
Fermentinis – kitas svarbi funkcija, būdingas kai kuriems ląstelių membranų baltymams. Pavyzdžiui, žarnyno epitelyje tokių baltymų pagalba sintetinami virškinimo fermentai;
Biopotencialas- kalio jonų koncentracija ląstelės viduje yra daug didesnė nei išorėje, o natrio jonų koncentracija, atvirkščiai, yra didesnė išorėje nei viduje. Tai paaiškina potencialų skirtumą: ląstelės viduje krūvis yra neigiamas, išorėje – teigiamas, o tai skatina medžiagų judėjimą į ląstelę ir išorę bet kuriame iš trijų medžiagų apykaitos tipų – fagocitozės, pinocitozės ir egzocitozės;
Žymėjimas – ląstelių membranų paviršiuje yra vadinamosios „etiketės“ – antigenai, susidedantys iš glikoproteinų (baltymai su prie jų prisirišusiomis šakotomis oligosacharidų šoninėmis grandinėmis). Kadangi šoninės grandinės gali turėti didžiulę konfigūracijų įvairovę, kiekvienas ląstelių tipas gauna savo unikalią etiketę, kuri leidžia kitoms kūno ląstelėms jas atpažinti „iš matymo“ ir teisingai į jas reaguoti. Štai kodėl pvz. imuninės ląstelėsžmogus, makrofagai, lengvai atpažįsta į organizmą patekusį nepažįstamąjį (infekciją, virusą) ir bando jį sunaikinti. Tas pats atsitinka su sergančiomis, mutavusiomis ir senomis ląstelėmis – jų ląstelės membranoje pasikeičia etiketė ir organizmas jomis atsikrato.
Ląstelių mainai vyksta per membranas ir gali būti atliekami naudojant tris pagrindinius reakcijų tipus:
Fagocitozė yra ląstelių procesas, kurio metu fagocitų ląstelės, esančios membranoje, fiksuoja ir virškina kietąsias maistinių medžiagų daleles. Žmogaus organizme fagocitozę vykdo dviejų tipų ląstelių membranos: granulocitai (granuliuoti leukocitai) ir makrofagai (imuninės žudikų ląstelės);
Pinocitozė yra skystų molekulių, besiliečiančių su ja, užfiksavimo ląstelės membranos paviršiuje procesas. Kad maitintųsi pagal pinocitozės tipą, ląstelė ant savo membranos išauga plonos pūkuotos ataugos ūselių pavidalu, kurios tarsi supa skysčio lašelį, ir susidaro burbulas. Pirmiausia šis burbulas išsikiša virš membranos paviršiaus, o paskui „praryjamas“ – pasislepia ląstelės viduje, o jo sienelės susilieja su ląstelės membranos vidiniu paviršiumi. Pinocitozė pasireiškia beveik visose gyvose ląstelėse;
Egzocitozė yra atvirkštinis procesas, kurio metu ląstelės viduje susidaro burbuliukai su sekreciniu funkciniu skysčiu (fermentu, hormonu), kuris turi būti kažkaip pašalintas iš ląstelės į aplinką. Tam burbulas pirmiausia susilieja su vidiniu ląstelės membranos paviršiumi, tada išsikiša į išorę, sprogsta, išstumia turinį ir vėl susilieja su membranos paviršiumi, šį kartą iš išorės. Egzocitozė vyksta, pavyzdžiui, žarnyno epitelio ir antinksčių žievės ląstelėse.
Ląstelių membranose yra trijų klasių lipidų:
Fosfolipidai;
glikolipidai;
Cholesterolis.
Fosfolipidai (riebalų ir fosforo derinys) ir glikolipidai (riebalų ir angliavandenių derinys) savo ruožtu susideda iš hidrofilinės galvutės, iš kurios tęsiasi dvi ilgos hidrofobinės uodegos. Tačiau cholesterolis kartais užima erdvę tarp šių dviejų uodegų ir neleidžia joms sulenkti, todėl kai kurių ląstelių membranos tampa standžios. Be to, cholesterolio molekulės sutvarko ląstelių membranų struktūrą ir neleidžia polinėms molekulėms pereiti iš vienos ląstelės į kitą.
Tačiau svarbiausias komponentas, kaip matote iš ankstesnio skyriaus apie ląstelių membranų funkcijas, yra baltymai. Jų sudėtis, paskirtis ir vieta yra labai įvairios, tačiau juos visus vienija kažkas bendro: žiediniai lipidai visada yra aplink ląstelių membranų baltymus. Tai ypatingi riebalai, kurie yra aiškios struktūros, stabilūs, turi daugiau sočiųjų riebalų rūgščių, išsiskiria iš membranų kartu su „remiamais“ baltymais. Tai savotiškas asmeninis baltymų apvalkalas, be kurio jie tiesiog neveiktų.
Ląstelės membranos struktūra yra trijų sluoksnių. Viduryje yra gana vienalytis skystas bilipidinis sluoksnis, o baltymai jį dengia iš abiejų pusių kaip mozaika, iš dalies prasiskverbdami į storį. Tai yra, būtų klaidinga manyti, kad išoriniai ląstelių membranų baltymų sluoksniai yra ištisiniai. Baltymai, be savo sudėtingos funkcijos, reikalingos membranoje, kad patektų į ląsteles ir iš jų išneštų tas medžiagas, kurios nepajėgia prasiskverbti pro riebalinį sluoksnį. Pavyzdžiui, kalio ir natrio jonai. Jiems yra numatytos specialios baltymų struktūros – jonų kanalai, kuriuos plačiau aptarsime toliau.
Pro mikroskopą pažvelgus į ląstelės membraną, matosi iš mažiausių sferinių molekulių suformuotas lipidų sluoksnis, ant kurio, kaip ir jūroje, plūduriuoja didelės įvairių formų baltyminės ląstelės. Lygiai tos pačios membranos padalija kiekvienos ląstelės vidinę erdvę į skyrius, kuriuose patogiai išsidėstę branduolys, chloroplastai ir mitochondrijos. Jei ląstelės viduje nebūtų atskirų „kambarių“, organelės priliptų viena prie kitos ir negalėtų tinkamai atlikti savo funkcijų.
Ląstelė – tai membranomis sudarytas ir atribotas organelių kompleksas, dalyvaujantis energetinių, medžiagų apykaitos, informacinių ir dauginimosi procesų komplekse, užtikrinančiame gyvybinę organizmo veiklą.
Kaip matote iš šio apibrėžimo, membrana yra svarbiausias funkcinis bet kurios ląstelės komponentas. Jo reikšmė tokia pat didelė, kaip ir branduolio, mitochondrijų ir kitų ląstelių organelių. O unikalias membranos savybes lemia jos struktūra: ji susideda iš dviejų ypatingu būdu sulipusių plėvelių. Fosfolipidų molekulės membranoje yra su hidrofilinėmis galvutėmis į išorę ir hidrofobinėmis uodegomis į vidų. Todėl viena plėvelės pusė yra sudrėkinta vandeniu, o kita - ne. Taigi šios plėvelės yra sujungtos viena su kita nesudrėkintomis pusėmis į vidų, sudarydamos bilipidinį sluoksnį, apsuptą baltymų molekulių. Tai pati „sumuštinė“ ląstelės membranos struktūra.
Ląstelių membranų joniniai kanalai
Leiskite mums išsamiau apsvarstyti jonų kanalų veikimo principą. Kam jie reikalingi? Faktas yra tas, kad tik riebaluose tirpios medžiagos gali laisvai prasiskverbti per lipidų membraną - tai dujos, alkoholiai ir patys riebalai. Taigi, pavyzdžiui, raudonuosiuose kraujo kūneliuose deguonis nuolat keičiasi ir anglies dioksidas, ir tam mūsų organizmui nereikia griebtis jokių papildomų gudrybių. Bet ką daryti, kai reikia pernešti per ląstelės membraną vandeninius tirpalus, tokius kaip natrio ir kalio druskos?
Nutiesti kelio tokioms medžiagoms bilipidiniame sluoksnyje būtų neįmanoma, nes skylės iškart susitrauktų ir vėl suliptų, tokia bet kokio riebalinio audinio struktūra. Tačiau gamta, kaip visada, rado išeitį iš situacijos ir sukūrė specialias baltymų transportavimo struktūras.
Yra dviejų tipų laidūs baltymai:
Konvejeriai – pusiau integruoti baltymų siurbliai;
Kanalų formuotojai yra neatskiriami baltymai.
Pirmojo tipo baltymai iš dalies panardinami į ląstelės membranos bilipidinį sluoksnį ir žiūri į galvą, o esant reikalingoms medžiagoms, pradeda elgtis kaip siurblys: pritraukia molekulę ir įsiurbia ją į ląstelę. . O antrojo tipo, integraliniai, baltymai yra pailgos formos ir yra statmenai ląstelės membranos bilipidiniam sluoksniui, prasiskverbdami į jį per ir per. Kartu su jais, kaip per tunelius, į ląstelę ir iš jos patenka medžiagos, kurios negali praeiti per riebalus. Būtent per jonų kanalus kalio jonai prasiskverbia į ląstelę ir joje kaupiasi, o natrio jonai, priešingai, pašalinami iš išorės. Skiriasi elektriniai potencialai, kurie yra būtini tinkamam visų mūsų kūno ląstelių funkcionavimui.
Svarbiausios išvados apie ląstelių membranų sandarą ir funkciją
Teorija visada atrodo įdomi ir daug žadanti, jei ją galima tinkamai panaudoti praktikoje. Žmogaus kūno ląstelių membranų struktūros ir funkcijų atradimas leido mokslininkams pasiekti tikrą proveržį moksle apskritai ir ypač medicinoje. Neatsitiktinai taip išsamiai gyvenome ties jonų kanalais, nes būtent čia slypi atsakymas į vieną svarbiausių mūsų laikų klausimų: kodėl žmonės vis dažniau suserga onkologinėmis ligomis?
Vėžys visame pasaulyje kasmet nusineša apie 17 milijonų gyvybių ir yra ketvirta pagal dažnumą visų mirčių priežastis. PSO duomenimis, sergamumas vėžiu nuolat auga, o iki 2020 metų pabaigos per metus gali siekti 25 mln.
Kas paaiškina tikrąją vėžio epidemiją ir ką su tuo turi ląstelių membranų funkcijos? Sakysite: priežastis – prastos aplinkos sąlygos, netinkama mityba, blogi įpročiai ir sunkus paveldimumas. Ir, žinoma, būsite teisūs, bet jei kalbėsime apie problemą plačiau, tai priežastis – žmogaus organizmo rūgštėjimas. Aukščiau išvardyti neigiami veiksniai sukelia ląstelių membranų sutrikimą, slopina kvėpavimą ir mitybą.
Ten, kur turėtų būti pliusas, susidaro minusas, ir ląstelė negali normaliai funkcionuoti. Tačiau vėžinėms ląstelėms nereikia deguonies ar šarminės aplinkos – jos sugeba naudoti anaerobinį mitybos būdą. Todėl sąlygomis deguonies badas ir netinkamo pH lygio, sveikos ląstelės mutuoja, kad prisitaikytų prie aplinkos ir taptų vėžinėmis ląstelėmis. Taip žmogus suserga onkologija. Norėdami to išvengti, tiesiog reikia vartoti pakankamai Tyras vanduo kasdien ir vengti kancerogenų maiste. Tačiau, kaip taisyklė, žmonės puikiai žino kenksmingi produktai ir reikia kokybiško vandens, o jie nieko nedaro – tikisi, kad bėdos juos aplenks.
Žinodami skirtingų ląstelių ląstelių membranų struktūros ir funkcijų ypatumus, gydytojai gali panaudoti šią informaciją, siekdami suteikti tikslinį, tikslinį gydomąjį poveikį organizmui. Daugelis šiuolaikinių vaistai Patekę į mūsų kūną, jie ieško norimo „taikinio“, kuris gali būti jonų kanalai, fermentai, receptoriai ir ląstelių membranų biomarkeriai. Šis gydymo metodas leidžia pasiekti geresnių rezultatų su minimaliu šalutiniu poveikiu.
Paskutinės kartos antibiotikai, patekę į kraują, nenaikina visų ląstelių iš eilės, o ieško patogeno ląstelių, sutelkdami dėmesį į žymenis jo ląstelių membranose. Naujausi vaistai nuo migrenos, triptanai, sutraukia tik uždegimines smegenų kraujagysles, beveik nepaveikdami širdies ir periferinių kraujagyslių. kraujotakos sistema... O reikiamus kraujagysles jie atpažįsta būtent pagal savo ląstelių membranų baltymus. Tokių pavyzdžių yra daug, todėl galime drąsiai teigti, kad žinios apie struktūrą ir funkcijas ląstelių membranos remia šiuolaikinės raidą medicinos mokslas ir kasmet išgelbėja milijonus gyvybių.
Išsilavinimas: Maskovskis medicinos institutas juos. IM Sechenov, specialybė – „Bendroji medicina“ 1991 m., 1993 m. „Profesinės ligos“, 1996 m. „Terapija“.
