Ląstelės membranos brėžinio struktūriniai komponentai. Ląstelių struktūra. Ląstelės membrana

Ląstelės membrana - tai ląstelės membrana, atliekanti šias funkcijas: ląstelės turinio atskyrimas nuo išorinės aplinkos, selektyvus medžiagų pernešimas (keitimasis su išorine ląstelės aplinka), tam tikrų biocheminių reakcijų vieta, ląstelių susijungimas. į audinius ir priėmimą.

Ląstelių membranos skirstomos į plazmines (tarpląstelines) ir išorines. Pagrindinė bet kurios membranos savybė yra pusiau pralaidumas, tai yra gebėjimas praleisti tik tam tikras medžiagas. Tai leidžia selektyviai keistis tarp ląstelės ir aplinkos arba keistis tarp ląstelės skyrių.

Plazmos membranos yra lipoproteinų struktūros. Lipidai spontaniškai sudaro dvisluoksnį (dvisluoksnį), o jame „plaukioja“ membraniniai baltymai. Membranose yra keli tūkstančiai įvairių baltymų: struktūrinių, nešėjų, fermentų ir kt.. Tarp baltymų molekulių yra poros, pro kurias praeina hidrofilinės medžiagos (lipidinis dvisluoksnis trukdo joms tiesiogiai prasiskverbti į ląstelę). Prie kai kurių membranos paviršiaus molekulių yra prisijungusios glikozilo grupės (monosacharidai ir polisacharidai), kurios dalyvauja ląstelių atpažinimo procese formuojantis audiniui.

Membranos skiriasi savo storiu, dažniausiai nuo 5 iki 10 nm. Storis nustatomas pagal amfifilinės lipidų molekulės dydį ir yra 5,3 nm. Toliau membranos storis didėja dėl dydžio membraniniai baltymai s kompleksai. Priklausomai nuo išorinių sąlygų (cholesterolis yra reguliatorius), dvigubo sluoksnio struktūra gali pasikeisti taip, kad jis taps tankesnis arba skystesnis – nuo to priklauso medžiagų judėjimo membranomis greitis.

Ląstelių membranos apima: plazmolemą, kariolemą, endoplazminio tinklo membranas, Golgi aparatą, lizosomas, peroksisomas, mitochondrijas, inkliuzus ir kt.

Lipidai netirpsta vandenyje (hidrofobiškumas), bet gerai tirpsta organiniuose tirpikliuose ir riebaluose (lipofiliškumas). Lipidų sudėtis skirtingose membranose yra nevienoda. Pavyzdžiui, plazmos membranoje yra daug cholesterolio. Labiausiai paplitę lipidai membranoje yra fosfolipidai (glicerofosfatidai), sfingomielinai (sfingolipidai), glikolipidai ir cholesterolis.

Fosfolipidai, sfingomielinai, glikolipidai funkciškai susideda iš dviejų skirtingos dalys: hidrofobinis nepolinis, neturintis krūvių – „uodegos“, susidedantis iš riebalų rūgščių, ir hidrofilinis, turintis įkrautų polinių „galvų“ – alkoholio grupių (pavyzdžiui, glicerolio).

Hidrofobinė molekulės dalis paprastai susideda iš dviejų riebalų rūgščių. Viena iš rūgščių yra ribojanti, o antroji yra nesočioji. Tai lemia lipidų gebėjimą spontaniškai formuoti dvisluoksnes (bilipidų) membranines struktūras. Membraniniai lipidai atlieka šias funkcijas: barjerą, transportavimą, baltymų mikroaplinką, elektrinė varža membranos.

Membranos skiriasi viena nuo kitos baltymų molekulių rinkiniu. Daugelis membraninių baltymų susideda iš sričių, kuriose gausu polinių (nešančių) aminorūgščių, ir sričių, kuriose yra nepolinių aminorūgščių (glicino, alanino, valino, leucino). Tokie baltymai lipidiniuose membranų sluoksniuose yra išsidėstę taip, kad jų nepolinės sritys būtų tarsi panardintos į „riebiąją“ membranos dalį, kurioje yra hidrofobinės lipidų sritys. Šių baltymų poliarinė (hidrofilinė) dalis sąveikauja su lipidų galvutėmis ir susiduria su vandenine faze.

Biologinės membranos turi bendrų savybių:

membranos yra uždaros sistemos, kurios neleidžia susimaišyti ląstelės ir jos skyrių turiniui. Membranos vientisumo pažeidimas gali sukelti ląstelių mirtį;

paviršinis (plokštuminis, šoninis) mobilumas. Membranose vyksta nuolatinis medžiagų judėjimas paviršiumi;

membranos asimetrija. Išorinio ir paviršiaus sluoksnių struktūra yra chemiškai, struktūriškai ir funkciškai nevienalytė.

Ląstelės membrana

Ląstelės membranos vaizdas. Maži mėlyni ir balti rutuliukai atitinka hidrofobines fosfolipidų „galvas“, o prie jų pritvirtintos linijos – hidrofilines „uodegas“. Paveiksle pavaizduoti tik vientisi membraniniai baltymai (raudonos rutuliukai ir geltonos spiralės). Geltoni ovalūs taškai membranos viduje – cholesterolio molekulės Geltonai žalios karoliukų grandinės membranos išorėje – oligosacharidinės grandinės, kurios sudaro glikokaliksą

Biologinei membranai taip pat priklauso įvairūs baltymai: integraliniai (per ir pro membraną prasiskverbiantys), pusiau integraliniai (vienu galu panardinti į išorinį arba vidinį lipidų sluoksnį), paviršiniai (esantys išoriniame arba šalia jo). vidinės pusės membranos). Kai kurie baltymai yra ląstelės membranos sąlyčio taškai su citoskeletu ląstelės viduje ir ląstelės sienele (jei yra) išorėje. Kai kurie integruoti baltymai veikia kaip jonų kanalai, įvairūs transporteriai ir receptoriai.

Funkcijos

barjeras – užtikrina reguliuojamą, selektyvią, pasyvią ir aktyvią medžiagų apykaitą su aplinka. Pavyzdžiui, peroksisomų membrana apsaugo citoplazmą nuo ląstelei kenksmingų peroksidų. Atrankinis pralaidumas reiškia, kad membranos pralaidumas įvairiems atomams ar molekulėms priklauso nuo jų dydžio, elektros krūvio ir cheminės savybės... Atrankinis pralaidumas užtikrina ląstelės ir ląstelių skyrių atskyrimą nuo aplinką ir aprūpindamas juos reikalingomis medžiagomis.
transportavimas – per membraną medžiagos pernešamos į ląstelę ir iš jos. Transportavimas per membranas užtikrina: pristatymą maistinių medžiagų, medžiagų apykaitos galutinių produktų pašalinimas, sekrecija įvairių medžiagų, joninių gradientų kūrimas, optimalios jonų koncentracijos palaikymas ląstelėje, kurios reikalingos ląstelių fermentų darbui.
Dalelės, kurios dėl kokių nors priežasčių negali pereiti per fosfolipidų dvisluoksnį sluoksnį (pavyzdžiui, dėl hidrofilinių savybių, nes viduje esanti membrana yra hidrofobinė ir nepraleidžia hidrofilinių medžiagų, arba dėl dideli dydžiai), bet būtini ląstelei, gali prasiskverbti pro membraną per specialius nešiklius (transporterius) ir kanalo baltymus arba endocitozės būdu.
Esant pasyviam transportavimui, medžiagos kerta lipidų dvigubą sluoksnį nenaudodamos energijos pagal koncentracijos gradientą difuzijos būdu. Šio mechanizmo variantas yra palengvinta difuzija, kai tam tikra molekulė padeda medžiagai praeiti pro membraną. Ši molekulė gali turėti kanalą, per kurį praeina tik vienos rūšies medžiaga.
Aktyvus transportas reikalauja energijos suvartojimo, nes tai vyksta prieš koncentracijos gradientą. Ant membranos yra specialūs siurblio baltymai, įskaitant ATPazę, kuri aktyviai pumpuoja kalio jonus (K +) į ląstelę ir iš jos išpumpuoja natrio jonus (Na +).
matrica – suteikia tam tikrą abipusį membraninių baltymų išsidėstymą ir orientaciją, optimalią jų sąveiką.
mechaninis – suteikia ląstelės autonomiją, jos tarpląstelines struktūras, taip pat ryšį su kitomis ląstelėmis (audinuose). Ląstelių sienelės atlieka svarbų vaidmenį užtikrinant mechaninę funkciją, o gyvūnams – tarpląstelinę medžiagą.
energija – vykstant fotosintezei chloroplastuose ir ląsteliniam kvėpavimui mitochondrijose, jų membranose veikia energijos perdavimo sistemos, kuriose dalyvauja ir baltymai;
receptorius – kai kurie membranos baltymai yra receptoriai (molekulės, per kurias ląstelė suvokia tam tikrus signalus).
Pavyzdžiui, kraujyje cirkuliuojantys hormonai veikia tik tas tikslines ląsteles, kurios turi šiuos hormonus atitinkančius receptorius. Neurotransmiteriai ( cheminių medžiagų, užtikrinantis nervinių impulsų laidumą) taip pat jungiasi prie specialių tikslinių ląstelių receptorių baltymų.
fermentiniai – membraniniai baltymai dažnai yra fermentai. Pavyzdžiui, žarnyno epitelio ląstelių plazminėse membranose yra virškinimo fermentų.
biopotencialų generavimo ir vykdymo įgyvendinimas.
Membranos pagalba ląstelėje palaikoma pastovi jonų koncentracija: K + jonų koncentracija ląstelės viduje yra daug didesnė nei išorėje, o Na + - daug mažesnė, o tai labai svarbu, nes tai užtikrina potencialų skirtumo membranoje palaikymą ir nervinio impulso generavimą.
ląstelių žymėjimas – ant membranos yra antigenų, kurie veikia kaip žymenys – „etiketės“, leidžiančios atpažinti ląstelę. Tai yra glikoproteinai (tai yra baltymai su šakotomis oligosacharidų šoninėmis grandinėmis), kurie atlieka „antenų“ vaidmenį. Dėl daugybės šoninių grandinių konfigūracijų kiekvienam ląstelių tipui galima sukurti specifinį žymeklį. Padedant žymenims, ląstelės gali atpažinti kitas ląsteles ir veikti kartu su jomis, pavyzdžiui, formuojantis organams ir audiniams. Tai taip pat leidžia imuninei sistemai atpažinti svetimus antigenus.

Biomembranų struktūra ir sudėtis

Membranos susideda iš trijų klasių lipidų: fosfolipidų, glikolipidų ir cholesterolio. Fosfolipidai ir glikolipidai (lipidai su prijungtais angliavandeniais) susideda iš dviejų ilgų hidrofobinių angliavandenilių „uodegų“, kurios yra susijusios su įkrauta hidrofiline „galva“. Cholesterolis standina membraną, užimdamas laisvą erdvę tarp hidrofobinių lipidų uodegėlių ir neleisdamas joms susilenkti. Todėl membranos su mažu cholesterolio kiekiu yra lankstesnės, o su dideliu cholesterolio kiekiu – standesnės ir trapesnės. Cholesterolis taip pat tarnauja kaip „kamštis“, neleidžiantis polinėms molekulėms judėti iš ląstelės ir į ją. Svarbią membranos dalį sudaro baltymai, kurie prasiskverbia į ją ir yra atsakingi už įvairias membranų savybes. Jų sudėtis ir orientacija skirtingose membranose skiriasi.

Ląstelių membranos dažnai būna asimetriškos, tai yra, sluoksniai skiriasi lipidų sudėtimi, atskiros molekulės perėjimu iš vieno sluoksnio į kitą (vad. šlepetė) yra sunku.

Membraninės organelės

Tai uždaros, pavienės arba tarpusavyje sujungtos citoplazmos dalys, atskirtos nuo hialoplazmos membranomis. Vienos membranos organelės yra endoplazminis tinklas, Golgi aparatas, lizosomos, vakuolės, peroksisomos; į dvi membranas – branduolį, mitochondrijas, plastidus. Įvairių organelių membranų struktūra skiriasi lipidų ir membraninių baltymų sudėtimi.

Atrankinis pralaidumas

Ląstelių membranos turi selektyvų pralaidumą: per jas lėtai difunduoja gliukozė, aminorūgštys, riebalų rūgštys, glicerolis ir jonai, o pačios membranos tam tikru mastu aktyviai reguliuoja šį procesą – vienos medžiagos praleidžiamos, kitos – ne. Yra keturi pagrindiniai medžiagų patekimo į ląstelę arba jų pašalinimo iš ląstelės į išorę mechanizmai: difuzija, osmozė, aktyvus pernešimas ir egzo- arba endocitozė. Pirmieji du procesai yra pasyvūs, tai yra, jiems nereikia sunaudoti energijos; paskutiniai du - aktyvūs procesai susijusios su energijos suvartojimu.

Selektyvų membranos pralaidumą pasyviojo transportavimo metu lemia specialūs kanalai – integruoti baltymai. Jie prasiskverbia pro membraną pro ir kiaurai, sudarydami tam tikrą praėjimą. Elementai K, Na ir Cl turi savo kanalus. Šių elementų molekulės juda į ląstelę ir iš jos koncentracijos gradiento atžvilgiu. Sudirginant atsidaro natrio jonų kanalai, į ląstelę staigiai patenka natrio jonų. Tokiu atveju atsiranda membranos potencialo disbalansas. Tada atstatomas membranos potencialas. Kalio kanalai visada atviri, per juos kalio jonai lėtai patenka į ląstelę.

taip pat žr

Literatūra

Antonovas V.F., Smirnova E.N., Ševčenka E.V. Lipidų membranos fazių virsmų metu. - M .: Mokslas, 1994 m.
Gennis R. Biomembranos. Molekulinė struktūra ir funkcijos: vertimas iš anglų kalbos. = Biomembranos. Molekulinė struktūra ir funkcija (Robert B. Gennis). – 1-asis leidimas. - M .: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
Ivanovas V.G., Berestovskis T.N. Lipidų bisluoksnis biologinės membranos... - M .: Mokslas, 1982 m.
Rubinas A. B. Biofizika, vadovėlis 2 t. - 3-asis leidimas, pataisytas ir padidintas. - M .: Maskvos universiteto leidykla, 2004 m.

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 pusėsšios plėvelės 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 ilgam laikui 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 membranos lipidų galvutėmis dėl elektrostatinės sąveikos ir niekada nesudaro ištisinio sluoksnio, kaip buvo manoma anksčiau, o pusiau integraliniai ir integraliniai baltymai perneša deguonį ir maistines medžiagas ląstelės viduje, taip pat pašalina skilimą. produktų iš jo ir dar daugiau. Kelioms svarbioms funkcijoms, apie kurias sužinosite toliau.

Ląstelės membrana atlieka šias funkcijas:

Barjeras – membranos pralaidumas už skirtingi tipai molekulės nėra vienodos.Norint apeiti ląstelės membraną, molekulė turi turėti tam tikrą dydį, chemines savybes ir elektros krūvį. 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, turintiems didelį molekulinį dydį arba negalintiems kirsti bilipidinio sluoksnio dėl hidrofobiškumo. 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 struktūrizuota ir atribota organelių visuma, dalyvaujanti 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 transportuoti per ląstelės membraną vandeniniai tirpalai, pvz., 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 detaliai gyvenome ties jonų kanalais, nes būtent čia slypi atsakymas į vieną svarbiausių mūsų laikų klausimų: kodėl žmonės vis dažniau serga 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 onkologinėmis ligomis. 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 susiaurina tik uždegimines smegenų kraujagysles, beveik neveikia širdies ir periferinių 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“.

Ląstelės membrana

Biologinei membranai taip pat priklauso įvairūs baltymai: integraliniai (per ir pro membraną prasiskverbiantys), pusiau integraliniai (vienu galu panardinti į išorinį arba vidinį lipidų sluoksnį), paviršiniai (esantys išorinėje arba greta vidinių membranos pusių). ). Kai kurie baltymai yra ląstelės membranos sąlyčio taškai su citoskeletu ląstelės viduje ir ląstelės sienele (jei yra) išorėje. Kai kurie integruoti baltymai veikia kaip jonų kanalai, įvairūs transporteriai ir receptoriai.

Funkcijos

barjeras – užtikrina reguliuojamą, selektyvią, pasyvią ir aktyvią medžiagų apykaitą su aplinka. Pavyzdžiui, peroksisomų membrana apsaugo citoplazmą nuo ląstelei kenksmingų peroksidų. Atrankinis pralaidumas reiškia, kad membranos pralaidumas įvairiems atomams ar molekulėms priklauso nuo jų dydžio, elektros krūvio ir cheminių savybių. Atrankinis pralaidumas užtikrina ląstelės ir ląstelės skyrių atskyrimą nuo aplinkos ir aprūpinimą reikalingomis medžiagomis.
transportavimas – per membraną medžiagos pernešamos į ląstelę ir iš jos. Transportas per membranas užtikrina: maistinių medžiagų tiekimą, galutinių medžiagų apykaitos produktų pašalinimą, įvairių medžiagų sekreciją, joninių gradientų susidarymą, optimalios jonų koncentracijos palaikymą ląstelėje, reikalingų ląstelių fermentų darbui.
Dalelės, kurios dėl kokių nors priežasčių negali prasiskverbti per fosfolipidų dvisluoksnį sluoksnį (pavyzdžiui, dėl hidrofilinių savybių, nes viduje esanti membrana yra hidrofobinė ir nepraleidžia hidrofilinių medžiagų, arba dėl jų didelio dydžio), bet būtinos ląstelei. , gali prasiskverbti pro membraną per specialius nešiklius (transporterius) ir kanalų baltymus arba endocitozės būdu.
Esant pasyviam transportavimui, medžiagos kerta lipidų dvigubą sluoksnį nenaudodamos energijos pagal koncentracijos gradientą difuzijos būdu. Šio mechanizmo variantas yra palengvinta difuzija, kai tam tikra molekulė padeda medžiagai praeiti pro membraną. Ši molekulė gali turėti kanalą, per kurį praeina tik vienos rūšies medžiaga.
Aktyvus transportas reikalauja energijos suvartojimo, nes tai vyksta prieš koncentracijos gradientą. Ant membranos yra specialūs siurblio baltymai, įskaitant ATPazę, kuri aktyviai pumpuoja kalio jonus (K +) į ląstelę ir iš jos išpumpuoja natrio jonus (Na +).
matrica – suteikia tam tikrą abipusį membraninių baltymų išsidėstymą ir orientaciją, optimalią jų sąveiką.
mechaninis – suteikia ląstelės autonomiją, jos tarpląstelines struktūras, taip pat ryšį su kitomis ląstelėmis (audinuose). Ląstelių sienelės atlieka svarbų vaidmenį užtikrinant mechaninę funkciją, o gyvūnams – tarpląstelinę medžiagą.
energija – vykstant fotosintezei chloroplastuose ir ląsteliniam kvėpavimui mitochondrijose, jų membranose veikia energijos perdavimo sistemos, kuriose dalyvauja ir baltymai;
receptorius – kai kurie membranos baltymai yra receptoriai (molekulės, per kurias ląstelė suvokia tam tikrus signalus).
Pavyzdžiui, kraujyje cirkuliuojantys hormonai veikia tik tas tikslines ląsteles, kurios turi šiuos hormonus atitinkančius receptorius. Neurotransmiteriai (cheminės medžiagos, vedančios nervinius impulsus) taip pat prisijungia prie specifinių receptorių baltymų tikslinėse ląstelėse.
fermentiniai – membraniniai baltymai dažnai yra fermentai. Pavyzdžiui, žarnyno epitelio ląstelių plazminėse membranose yra virškinimo fermentų.
biopotencialų generavimo ir vykdymo įgyvendinimas.
Membranos pagalba ląstelėje palaikoma pastovi jonų koncentracija: K + jonų koncentracija ląstelės viduje yra daug didesnė nei išorėje, o Na + - daug mažesnė, o tai labai svarbu, nes tai užtikrina potencialų skirtumo membranoje palaikymą ir nervinio impulso generavimą.
ląstelių žymėjimas – ant membranos yra antigenų, kurie veikia kaip žymenys – „etiketės“, leidžiančios atpažinti ląstelę. Tai yra glikoproteinai (tai yra baltymai su šakotomis oligosacharidų šoninėmis grandinėmis), kurie atlieka „antenų“ vaidmenį. Dėl daugybės šoninių grandinių konfigūracijų kiekvienam ląstelių tipui galima sukurti specifinį žymeklį. Padedant žymenims, ląstelės gali atpažinti kitas ląsteles ir veikti kartu su jomis, pavyzdžiui, formuojantis organams ir audiniams. Tai taip pat leidžia imuninei sistemai atpažinti svetimus antigenus.

Biomembranų struktūra ir sudėtis

Ląstelių membranos dažnai būna asimetriškos, tai yra, sluoksniai skiriasi lipidų sudėtimi, atskiros molekulės perėjimu iš vieno sluoksnio į kitą (vad. šlepetė) yra sunku.

Membraninės organelės

Atrankinis pralaidumas

Ląstelių membranos turi selektyvų pralaidumą: per jas lėtai difunduoja gliukozė, aminorūgštys, riebalų rūgštys, glicerolis ir jonai, o pačios membranos tam tikru mastu aktyviai reguliuoja šį procesą – vienos medžiagos praleidžiamos, kitos – ne. Yra keturi pagrindiniai medžiagų patekimo į ląstelę arba jų pašalinimo iš ląstelės į išorę mechanizmai: difuzija, osmozė, aktyvus pernešimas ir egzo- arba endocitozė. Pirmieji du procesai yra pasyvūs, tai yra, jiems nereikia sunaudoti energijos; paskutiniai du yra aktyvūs procesai, susiję su energijos vartojimu.

taip pat žr

Literatūra

Antonovas V.F., Smirnova E.N., Ševčenka E.V. Lipidų membranos fazių virsmų metu. - M .: Mokslas, 1994 m.
Gennis R. Biomembranos. Molekulinė struktūra ir funkcijos: vertimas iš anglų kalbos. = Biomembranos. Molekulinė struktūra ir funkcija (Robert B. Gennis). – 1-asis leidimas. - M .: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
Ivanovas V.G., Berestovskis T.N. Biologinių membranų lipidų dvisluoksnis. - M .: Mokslas, 1982 m.
Rubinas A. B. Biofizika, vadovėlis 2 t. - 3-asis leidimas, pataisytas ir padidintas. - M .: Maskvos universiteto leidykla, 2004 m.

Ląstelės membrana (plazminė membrana) yra plona, pusiau pralaidi membrana, kuri supa ląsteles.

Ląstelės membranos funkcija ir vaidmuo

Jo funkcija yra apsaugoti interjero vientisumą leidžiant kai kuriuos reikalingų medžiagųį narvą, o kitiems neįleisti.

Tai taip pat yra prisirišimo prie vienų ir prie kitų organizmų pagrindas. Taigi plazminė membrana taip pat suteikia ląstelės formą. Kita membranos funkcija yra reguliuoti ląstelių augimą per pusiausvyrą ir.

Endocitozės metu lipidai ir baltymai pašalinami iš ląstelės membranos, nes absorbuojamos medžiagos. Egzocitozės metu lipidų ir baltymų turinčios pūslelės susilieja su ląstelės membrana, padidindamos ląstelių dydį. , o grybelių ląstelės turi plazmines membranas. Pavyzdžiui, vidinės taip pat yra uždengtos apsauginėmis membranomis.

Ląstelių membranos struktūra

Plazmos membrana daugiausia sudaryta iš baltymų ir lipidų mišinio. Priklausomai nuo membranos vietos ir vaidmens organizme, lipidai gali sudaryti nuo 20 iki 80 procentų membranos, o likusią dalį sudaro baltymai. Nors lipidai padeda padaryti membraną lanksčią, baltymai kontroliuoja ir palaiko cheminė sudėtis ląsteles, taip pat padeda pernešti molekules per membraną.

Membraniniai lipidai

Fosfolipidai yra pagrindinis plazmos membranų komponentas. Jie sudaro lipidų dvisluoksnį sluoksnį, kuriame hidrofilinės (vandens pritraukiamos) galvos dalys spontaniškai susitvarko, kad atsispirtų vandeniniam citozoliui ir ekstraląsteliniam skysčiui, o hidrofobinės (vandenį atstumiančios) uodegos dalys nukreiptos nuo citozolio ir tarpląstelinio skysčio. Lipidų dvigubas sluoksnis yra pusiau pralaidus, todėl tik kelios molekulės gali išsisklaidyti per membraną.

Cholesterolis yra dar vienas gyvūnų ląstelių membranų lipidų komponentas. Cholesterolio molekulės yra selektyviai išsklaidytos tarp membraninių fosfolipidų. Tai padeda išlaikyti ląstelių membranų standumą, nes neleidžia fosfolipidams tapti per tankiais. Augalų ląstelių membranose cholesterolio nėra.

Glikolipidai yra su išorinis paviršius ląstelių membranos ir yra su jomis sujungtos angliavandenių grandine. Jie padeda ląstelėms atpažinti kitas kūno ląsteles.

Membraniniai baltymai

Ląstelės membranoje yra dviejų tipų susiję baltymai. Periferinės membranos baltymai yra išoriniai ir yra susiję su juo sąveikaudami su kitais baltymais. Integraliniai membraniniai baltymai įterpiami į membraną ir dauguma praeina pro ją. Dalis šių transmembraninių baltymų yra abiejose jo pusėse.

Plazmos membranos baltymai turi daugybę skirtingos funkcijos... Struktūriniai baltymai suteikia ląstelėms atramą ir formą. Membraninių receptorių baltymai padeda ląstelėms susisiekti su išorine aplinka per hormonus, neurotransmiterius ir kitas signalines molekules. Transporto baltymai, tokie kaip rutuliniai baltymai, perneša molekules per ląstelių membranas palengvindami difuziją. Prie glikoproteinų yra prijungta angliavandenių grandinė. Jie yra įterpti į ląstelės membraną, kad padėtų keistis ir transportuoti molekules.

Organelių membranos

Kai kurios ląstelių organelės taip pat yra apsuptos apsauginėmis membranomis. šerdis,