Z jakich warstw składa się błona komórkowa? Błony komórkowe, ich budowa. Funkcje błony komórkowej

Komórka- samoregulująca się strukturalna i funkcjonalna jednostka tkanek i narządów. Teoria komórki strukturę narządów i tkanek opracowali Schleiden i Schwann w 1839 r. Następnie za pomocą mikroskopii elektronowej i ultrawirowania udało się określić strukturę wszystkich głównych organelli komórek zwierzęcych i roślinnych (ryc. 1).

Ryż. 1. Schemat budowy komórki zwierzęcej

Głównymi częściami komórki są cytoplazma i jądro. Każda komórka jest otoczona bardzo cienką błoną, która ogranicza jej zawartość.

Nazywa się błona komórkowa błona plazmatyczna i charakteryzuje się selektywną przepuszczalnością. Ta właściwość pozwala na dostarczenie niezbędnych składników odżywczych i pierwiastki chemiczne wnikają do komórki, a nadmiar produktów ją opuszcza. Błona plazmatyczna składa się z dwóch warstw cząsteczek lipidów zawierających określone białka. Głównymi lipidami błonowymi są fosfolipidy. Zawierają fosfor, polarną głowę i dwa niepolarne ogony długołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Do lipidów błonowych zalicza się cholesterol i estry cholesterolu. Zgodnie z modelem struktury płynnej mozaiki, membrany zawierają wtrącenia cząsteczek białek i lipidów, które mogą mieszać się względem dwuwarstwy. Dla każdego rodzaju membrany dowolne komórka zwierzęca charakteryzuje się stosunkowo stałym składem lipidów.

Białka błonowe dzielą się na dwa typy w zależności od ich budowy: integralne i obwodowe. Białka obwodowe można usunąć z membrany bez jej niszczenia. Istnieją cztery typy białka błonowe: białka transportowe, enzymy, receptory i białka strukturalne. Niektóre białka błonowe wykazują aktywność enzymatyczną, inne wiążą pewne substancje i ułatwiają ich transport do komórki. Białka zapewniają kilka ścieżek przemieszczania się substancji przez błony: tworzą duże pory składające się z kilku podjednostek białkowych, które umożliwiają cząsteczkom wody i jonom przemieszczanie się między komórkami; tworzą kanały jonowe wyspecjalizowane w przemieszczaniu się określonych typów jonów przez membranę w określonych warunkach. Białka strukturalne są związane z wewnętrzną warstwą lipidową i stanowią cytoszkielet komórki. Cytoszkielet zapewnia wytrzymałość mechaniczną Błona komórkowa. W różnych błonach białka stanowią od 20 do 80% masy. Białka błonowe mogą swobodnie poruszać się w płaszczyźnie bocznej.

Błona zawiera również węglowodany, które mogą być kowalencyjnie związane z lipidami lub białkami. Istnieją trzy rodzaje węglowodanów błonowych: glikolipidy (gangliozydy), glikoproteiny i proteoglikany. Większość lipidów błonowych występuje w stanie ciekłym i ma pewną płynność, tj. możliwość przemieszczania się z jednego obszaru do drugiego. Po zewnętrznej stronie błony znajdują się miejsca wiążące receptory różne hormony. Inne specyficzne obszary błony nie są w stanie rozpoznać i związać pewnych białek i różnych biologicznie aktywnych związków, które są obce tym komórkom.

Wewnętrzna przestrzeń komórki wypełniona jest cytoplazmą, w której zachodzi większość enzymatycznie katalizowanych reakcji metabolizmu komórkowego. Cytoplazma składa się z dwóch warstw: wewnętrznej, zwanej endoplazmą, i obwodowej, ektoplazmy, która charakteryzuje się dużą lepkością i jest pozbawiona ziarnistości. Cytoplazma zawiera wszystkie składniki komórki lub organelli. Najważniejszymi organellami komórkowymi są siateczka śródplazmatyczna, rybosomy, mitochondria, aparat Golgiego, lizosomy, mikrofilamenty i mikrotubule, peroksysomy.

Siateczka endoplazmatyczna to system połączonych ze sobą kanałów i wnęk, które przenikają całą cytoplazmę. Zapewnia transport substancji z środowisko i wewnątrz komórek. Siateczka śródplazmatyczna służy również jako magazyn wewnątrzkomórkowych jonów Ca 2+ i służy jako główne miejsce syntezy lipidów w komórce.

Rybosomy - mikroskopijne kuliste cząstki o średnicy 10-25 nm. Rybosomy są swobodnie umiejscowione w cytoplazmie lub do niej dołączone powierzchnia zewnętrzna błony siateczki śródplazmatycznej i błona jądrowa. Oddziałują z informacyjnym i transportowym RNA, zachodzi w nich synteza białek. Syntetyzują białka, które dostają się do cystern lub aparatu Golgiego, a następnie są uwalniane na zewnątrz. Rybosomy, swobodnie rozmieszczone w cytoplazmie, syntetyzują białko do wykorzystania przez samą komórkę, a rybosomy związane z retikulum endoplazmatycznym wytwarzają białko, które jest wydalane z komórki. Rybosomy syntetyzują różne białka funkcjonalne: białka nośnikowe, enzymy, receptory, białka cytoszkieletowe.

Aparat Golgiego utworzone przez system kanalików, cystern i pęcherzyków. Jest związany z retikulum endoplazmatycznym, a substancje biologicznie czynne, które tu dostają, są magazynowane w postaci zwartej w pęcherzykach wydzielniczych. Te ostatnie są stale oddzielane od aparatu Golgiego, transportowane do błony komórkowej i łączą się z nią, a substancje zawarte w pęcherzykach są usuwane z komórki w procesie egzocytozy.

Lizosomy - cząsteczki otoczone membraną o wielkości 0,25-0,8 mikrona. Zawierają liczne enzymy biorące udział w rozkładaniu białek, polisacharydów, tłuszczów, kwasów nukleinowych, bakterii i komórek.

Peroksysomy utworzone z gładkiej siateczki śródplazmatycznej, przypominają lizosomy i zawierają enzymy katalizujące rozkład nadtlenku wodoru, który rozkłada się pod wpływem peroksydaz i katalazy.

Mitochondria zawierają błonę zewnętrzną i wewnętrzną i są „stacją energetyczną” komórki. Mitochondria to okrągłe lub wydłużone struktury z podwójną błoną. Błona wewnętrzna tworzy fałdy wystające do mitochondriów - cristae. Zachodzi w nich synteza ATP, utlenianie substratów cyklu Krebsa i zachodzi wiele reakcji biochemicznych. Cząsteczki ATP wytwarzane w mitochondriach dyfundują do wszystkich części komórki. Mitochondria zawierają niewielką ilość DNA, RNA i rybosomów i przy ich udziale następuje odnowa i synteza nowych mitochondriów.

Mikrofilamenty Są to cienkie włókna białkowe składające się z miozyny i aktyny, tworzące aparat kurczliwy komórki. Mikrofilamenty biorą udział w tworzeniu fałd lub wypukłości błony komórkowej, a także w ruchu różnych struktur w komórkach.

Mikrotubule stanowią podstawę cytoszkieletu i zapewniają jego wytrzymałość. Cytoszkielet nadaje komórkom charakterystyczny wygląd i kształt oraz służy jako miejsce przyłączania organelli wewnątrzkomórkowych i różnych ciał. W komórki nerwowe wiązki mikrotubul biorą udział w transporcie substancji z ciała komórki do końcówek aksonów. Przy ich udziale wrzeciono mitotyczne funkcjonuje podczas podziału komórki. Pełnią rolę elementów motorycznych kosmków i wici u eukariontów.

Rdzeń jest główną strukturą komórki, uczestniczy w przekazywaniu cech dziedzicznych oraz w syntezie białek. Jądro otoczone jest błoną jądrową zawierającą wiele porów jądrowych, przez które następuje wymiana różnych substancji pomiędzy jądrem a cytoplazmą. Wewnątrz znajduje się jąderko. Ustalono ważną rolę jąderka w syntezie rybosomalnego RNA i białek histonowych. Pozostałe części jądra zawierają chromatynę składającą się z DNA, RNA i szeregu specyficznych białek.

Funkcje błony komórkowej

Błony komórkowe odgrywają kluczową rolę w regulacji metabolizmu wewnątrzkomórkowego i międzykomórkowego. Mają selektywną przepuszczalność. Ich specyficzna budowa pozwala im pełnić funkcje barierowe, transportowe i regulacyjne.

Funkcja bariery objawia się ograniczeniem przenikania przez membranę związków rozpuszczonych w wodzie. Membrana jest nieprzepuszczalna dla dużych cząsteczek białka i anionów organicznych.

Funkcja regulacyjna Celem błon komórkowych jest regulacja metabolizmu wewnątrzkomórkowego w odpowiedzi na wpływy chemiczne, biologiczne i mechaniczne. Specjalne receptory błonowe odbierają różne wpływy, co powoduje późniejszą zmianę aktywności enzymu.

Funkcja transportowa przez błony biologiczne może odbywać się w sposób pasywny (dyfuzja, filtracja, osmoza) lub przy wykorzystaniu transportu aktywnego.

Dyfuzja - ruch gazu lub substancji rozpuszczalnej wzdłuż gradientu stężenia i elektrochemicznego. Szybkość dyfuzji zależy od przepuszczalności błony komórkowej, a także gradientu stężenia dla cząstek nienaładowanych oraz gradientu elektrycznego i stężenia dla cząstek naładowanych. Prosta dyfuzja zachodzi poprzez dwuwarstwę lipidową lub kanały. Cząstki naładowane poruszają się zgodnie z gradientem elektrochemicznym, a cząstki nienaładowane poruszają się zgodnie z gradientem chemicznym. Na przykład tlen przenika przez warstwę lipidową membrany na drodze prostej dyfuzji, hormony steroidowe, mocznik, alkohol itp. Przez kanały przemieszczają się różne jony i cząstki. Kanały jonowe są utworzone przez białka i dzielą się na kanały bramkowane i niebramkowane. W zależności od selektywności rozróżnia się kable jonoselektywne, które przepuszczają tylko jeden jon, oraz kanały, które nie mają selektywności. Kanały posiadają kryzę i filtr selektywny, a kanały sterowane posiadają mechanizm bramkowy.

Ułatwiona dyfuzja - proces, w którym substancje są transportowane przez błonę przy użyciu specjalnych białek transportujących przez błonę. W ten sposób aminokwasy i monosacharydy przedostają się do wnętrza komórki. Ten rodzaj transportu odbywa się bardzo szybko.

Osmoza - przepływ wody przez membranę z roztworu o niższym ciśnieniu osmotycznym do roztworu o wyższym ciśnieniu osmotycznym.

Transport aktywny - transport substancji wbrew gradientowi stężeń za pomocą ATPaz transportowych (pompy jonowe). Transfer ten następuje wraz z wydatkiem energii.

W większym stopniu zbadano pompy Na + /K + -, Ca 2+ - i H + -. Pompy znajdują się na błonach komórkowych.

Rodzaj transportu aktywnego to endocytoza I egzocytoza. Dzięki tym mechanizmom transportowane są większe substancje (białka, polisacharydy, kwasy nukleinowe), które nie mogą być transportowane kanałami. Transport ten występuje częściej w komórkach nabłonka jelit, kanalikach nerkowych i śródbłonku naczyń.

Na W endocytozie błony komórkowe tworzą wgłębienia w komórce, które po uwolnieniu zamieniają się w pęcherzyki. Podczas egzocytozy pęcherzyki wraz z zawartością przedostają się do błony komórkowej i łączą się z nią, a zawartość pęcherzyków uwalniana jest do środowiska zewnątrzkomórkowego.

Budowa i funkcje błony komórkowej

Aby zrozumieć procesy zapewniające istnienie potencjałów elektrycznych w żywych komórkach, należy najpierw zrozumieć strukturę błony komórkowej i jej właściwości.

Obecnie najszerzej akceptowanym jest model ciekłej mozaiki membrany, zaproponowany przez S. Singera i G. Nicholsona w 1972 roku. Membrana zbudowana jest z podwójnej warstwy fosfolipidów (dwuwarstwy), której hydrofobowe fragmenty cząsteczki zanurzone w grubości membrany, a polarne grupy hydrofilowe są zorientowane na zewnątrz, tj. w otoczenie środowisko wodne(ryc. 2).

Białka błonowe są zlokalizowane na powierzchni błony lub mogą być osadzone na różnej głębokości w strefie hydrofobowej. Niektóre białka rozciągają się przez błonę, a po obu stronach błony komórkowej znajdują się różne grupy hydrofilowe tego samego białka. Białka znajdujące się w błonie komórkowej pełnią bardzo ważną rolę: biorą udział w tworzeniu kanałów jonowych, pełnią rolę pomp membranowych i transporterów różnych substancji, a także mogą pełnić funkcję receptorową.

Główne funkcje błony komórkowej: barierowa, transportowa, regulacyjna, katalityczna.

Funkcja bariery polega na ograniczeniu dyfuzji przez błonę związków rozpuszczalnych w wodzie, co jest niezbędne do ochrony komórek przed obcymi, substancje toksyczne i utrzymanie w miarę stałej zawartości różnych substancji wewnątrz komórek. W ten sposób błona komórkowa może spowolnić dyfuzję różnych substancji od 100 000 do 10 000 000 razy.

Ryż. 2. Trójwymiarowy diagram modelu płynnej mozaiki membrany Singera-Nicholsona

Pokazano kuliste białka integralne osadzone w dwuwarstwie lipidowej. Niektóre białka są kanałami jonowymi, inne (glikoproteiny) zawierają boczne łańcuchy oligosacharydowe, które biorą udział w rozpoznawaniu komórek między sobą oraz w tkance międzykomórkowej. Cząsteczki cholesterolu przylegają ściśle do głów fosfolipidów i mocują sąsiednie odcinki „ogonów”. Wewnętrzne odcinki ogonów cząsteczki fosfolipidów nie są ograniczone w swoim ruchu i odpowiadają za płynność błony (Bretscher, 1985)

W membranie znajdują się kanały, przez które przenikają jony. Kanały mogą być zależne od napięcia lub niezależne od potencjału. Kanały zależne od napięcia otwierają się, gdy zmienia się różnica potencjałów, oraz potencjalnie niezależny(regulowane przez hormony) otwierają się, gdy receptory wchodzą w interakcję z substancjami. Kanały można otwierać i zamykać dzięki bramkom. W membranę wbudowane są dwa rodzaje bramek: aktywacja(głęboko w kanale) i inaktywacja(na powierzchni kanału). Brama może znajdować się w jednym z trzech stanów:

stan otwarty (oba typy bramek są otwarte);
stan zamknięty (brama aktywacji zamknięta);
stan inaktywacji (bramka inaktywacji zamknięta).

Inny cecha charakterystyczna błony to zdolność do selektywnego przenoszenia jonów nieorganicznych, składników odżywczych, a także różnych produktów przemiany materii. Istnieją systemy pasywnego i aktywnego przenoszenia (transportu) substancji. Bierny transport odbywa się poprzez kanały jonowe z udziałem białek nośnikowych lub bez nich siła napędowa jest różnica potencjały elektrochemiczne jony pomiędzy przestrzenią wewnątrz- i zewnątrzkomórkową. O selektywności kanałów jonowych decydują ich parametry geometryczne oraz charakter chemiczny grup wyściełających ściany kanału i jego ujście.

Obecnie najlepiej zbadanymi kanałami są te, które są selektywnie przepuszczalne dla jonów Na+, K+, Ca 2+, a także dla wody (tzw. akwaporyny). Według różnych badań średnica kanałów jonowych wynosi 0,5-0,7 nm. Pojemność kanału może być różna; przez jeden kanał jonowy może przejść 10 7 - 10 8 jonów na sekundę.

Aktywny transport odbywa się z wydatkiem energii i odbywa się za pomocą tzw. pomp jonowych. Pompy jonowe to molekularne struktury białkowe osadzone w membranie, które transportują jony w kierunku wyższego potencjału elektrochemicznego.

Pompy działają wykorzystując energię hydrolizy ATP. Obecnie Na+/K+ - ATPaza, Ca 2+ - ATPaza, H + - ATPaza, H + /K + - ATPaza, Mg 2+ - ATPaza, które zapewniają ruch odpowiednio jonów Na +, K +, Ca 2+ , zostały dobrze zbadane, H+, Mg 2+ izolowane lub sprzężone (Na+ i K+; H+ i K+). Mechanizm molekularny transport aktywny nie jest w pełni poznany.

Błona komórkowa.
Błona komórkowa oddziela zawartość dowolnej komórki od środowiska zewnętrznego, zapewniając jej integralność; reguluje wymianę między komórką a środowiskiem; błony wewnątrzkomórkowe dzielą komórkę na wyspecjalizowane zamknięte przedziały - przedziały lub organelle, w których utrzymywane są określone warunki środowiskowe.
Struktura.
Błona komórkowa to podwójna warstwa (dwuwarstwa) cząsteczek z klasy lipidów (tłuszczów), z których większość to tzw. lipidy złożone – fosfolipidy. Cząsteczki lipidów składają się z części hydrofilowej („głowa”) i hydrofobowej („ogon”). Kiedy tworzą się membrany, hydrofobowe obszary cząsteczek zwracają się do wewnątrz, a hydrofilowe obszary na zewnątrz. Błony to struktury bardzo podobne u różnych organizmów. Grubość membrany wynosi 7-8 nm. (10-9 metrów)
Hydrofilowość- zdolność substancji do zwilżania wodą.
Hydrofobowość- niemożność zwilżenia substancji przez wodę.
Błona biologiczna zawiera również różne białka:
- integralny (przebijający membranę)
- półintegralny (zanurzony z jednego końca w zewnętrzną lub wewnętrzną warstwę lipidową)
- powierzchowne (znajdujące się na zewnątrz lub w sąsiedztwie strony wewnętrzne membrany).
Niektóre białka stanowią punkty styku błony komórkowej z cytoszkieletem wewnątrz komórki i ścianą komórkową (jeśli taka istnieje) na zewnątrz.
Cytoszkielet- szkielet komórkowy wewnątrz komórki.
Funkcje.
1) Bariera- zapewnia regulowany, selektywny, pasywny i aktywny metabolizm z otoczeniem.
2) Transport- transport substancji do i z komórki odbywa się przez błonę Matryca - zapewnia określone względne położenie i orientację białek błonowych, ich optymalną interakcję.
3) Mechaniczne- zapewnia autonomię komórki, jej struktur wewnątrzkomórkowych, a także połączenie z innymi komórkami (w tkankach) Substancja międzykomórkowa odgrywa główną rolę w zapewnieniu funkcji mechanicznej.
4) Receptor- niektóre białka znajdujące się w błonie są receptorami (cząsteczkami, za pomocą których komórka odbiera określone sygnały).
Na przykład hormony krążące we krwi działają tylko na komórki docelowe, które mają receptory odpowiadające tym hormonom. Neuroprzekaźniki ( substancje chemiczne, zapewniające przewodzenie impulsów nerwowych) wiążą się także ze specjalnymi białkami receptorowymi komórek docelowych.
Hormony- biologicznie aktywne substancje sygnalizacyjne.
5) Enzymatyczny- białka błonowe są często enzymami. Na przykład błony plazmatyczne komórek nabłonkowych jelit zawierają enzymy trawienne.
6) Realizacja wytwarzania i przewodzenia biopotencjałów.
Za pomocą membrany w komórce utrzymywane jest stałe stężenie jonów: stężenie jonu K+ wewnątrz komórki jest znacznie wyższe niż na zewnątrz, natomiast stężenie Na+ jest znacznie niższe, co jest bardzo ważne, gdyż zapewnia to utrzymanie różnicy potencjałów na błonie i wytworzenie impulsu nerwowego.
Impuls nerwowy – fala wzbudzenia przekazywana wzdłuż włókna nerwowego.
7) Oznaczenie komórek- na błonie znajdują się antygeny, które pełnią rolę markerów – „znaczników” umożliwiających identyfikację komórki. Są to glikoproteiny (czyli białka z przyłączonymi do nich rozgałęzionymi łańcuchami bocznymi oligosacharydów), które pełnią rolę „anten”. Ze względu na niezliczoną liczbę konfiguracji łańcuchów bocznych możliwe jest utworzenie specyficznego markera dla każdego typu komórki. Za pomocą markerów komórki mogą rozpoznawać inne komórki i współdziałać z nimi, na przykład przy tworzeniu narządów i tkanek. To również pozwala układ odpornościowy rozpoznaje obce antygeny.
Cechy przepuszczalności.
Błony komórkowe mają selektywną przepuszczalność: powoli przez nie przenikają na różne sposoby:
Glukoza jest głównym źródłem energii.

Aminokwasy to elementy budulcowe wszystkich białek w organizmie.

Kwasy tłuszczowe – funkcje strukturalne, energetyczne i inne.

Glicerol – powoduje zatrzymanie wody w organizmie i zmniejszenie produkcji moczu.

Jony są enzymami biorącymi udział w reakcjach.

Co więcej, same membrany w pewnym stopniu aktywnie regulują ten proces - niektóre substancje przechodzą, inne nie. Istnieją cztery główne mechanizmy przedostawania się substancji do komórki lub ich usuwania z komórki na zewnątrz:
Mechanizmy pasywnej przepuszczalności:
1) Dyfuzja.
Odmianą tego mechanizmu jest dyfuzja ułatwiona, w której określona cząsteczka pomaga substancji przejść przez membranę. Cząsteczka ta może mieć kanał, przez który przechodzi tylko jeden rodzaj substancji.
Dyfuzja- proces wzajemnego przenikania cząsteczek jednej substancji pomiędzy cząsteczkami drugiej.
Osmoza– proces jednokierunkowej dyfuzji przez półprzepuszczalną membranę cząsteczek rozpuszczalnika w kierunku wyższego stężenia substancji rozpuszczonej.
Błona otaczająca normalną komórkę krwi jest przepuszczalna tylko dla cząsteczek wody, tlenu, niektórych składników odżywczych rozpuszczonych we krwi i komórkowych produktów przemiany materii
Aktywne mechanizmy przepuszczalności:
1) Transport aktywny.
Transport aktywny– przeniesienie substancji z obszaru o niskim stężeniu do obszaru o wysokim stężeniu.
Transport aktywny wymaga energii, ponieważ odbywa się z obszaru o niskim stężeniu do obszaru o wysokim stężeniu. Na błonie znajdują się specjalne białka pompujące, które aktywnie pompują jony potasu (K+) do komórki i wypompowują z niej jony sodu (Na+), wykorzystując ATP jako energię.
ATP– uniwersalne źródło energii dla wszystkich procesów biochemicznych. .(więcej później)
2) Endocytoza.
Cząsteczki, które z jakiegoś powodu nie są w stanie przejść przez błonę komórkową, ale są niezbędne komórce, mogą przedostać się przez błonę na drodze endocytozy.
Endocytoza– proces pobierania przez komórkę materiału zewnętrznego.
Selektywna przepuszczalność membrany podczas transportu pasywnego wynika z specjalnych kanałów - białek integralnych. Przenikają przez membranę na wskroś, tworząc rodzaj przejścia. Pierwiastki K, Na i Cl mają swoje własne kanały. W zależności od gradientu stężeń cząsteczki tych pierwiastków przemieszczają się do i z komórki. Pod wpływem podrażnienia kanały jonowe sodu otwierają się i następuje nagły napływ jonów sodu do komórki. W takim przypadku dochodzi do braku równowagi potencjału błonowego. Następnie przywracany jest potencjał błonowy. Kanały potasowe są zawsze otwarte, umożliwiając powolne przedostawanie się jonów potasu do komórki.
Struktura membrany
Przepuszczalność
Transport aktywny
Osmoza
Endocytoza

Błona komórkowa to ultracienka warstwa na powierzchni komórki lub organelli komórkowej, składająca się z dwucząsteczkowej warstwy lipidów z osadzonymi białkami i polisacharydami.

Funkcje membrany:

· Bariera – zapewnia regulowany, selektywny, pasywny i aktywny metabolizm z otoczeniem. Na przykład błona peroksysomowa chroni cytoplazmę przed nadtlenkami niebezpiecznymi dla komórki. Przepuszczalność selektywna oznacza, że przepuszczalność membrany dla różnych atomów lub cząsteczek zależy od ich wielkości, ładunku elektrycznego i właściwości chemiczne. Selektywna przepuszczalność zapewnia, że komórka i przedziały komórkowe są oddzielone od środowiska i zaopatrzone w nie niezbędne substancje.
· Transport – transport substancji do i z komórki odbywa się poprzez błonę. Transport przez błony zapewnia: dostarczanie składników odżywczych, usuwanie końcowych produktów przemiany materii, wydzielanie różnych substancji, tworzenie gradientów jonowych, utrzymanie optymalnego pH i stężenia jonów w komórce, niezbędnych do funkcjonowania enzymów komórkowych. Cząsteczki, które z jakiegokolwiek powodu nie są w stanie przedostać się przez dwuwarstwę fosfolipidową (na przykład ze względu na właściwości hydrofilowe, ponieważ wewnętrzna membrana jest hydrofobowa i nie przepuszcza substancji hydrofilowych, lub z powodu duże rozmiary), ale niezbędne dla komórki, mogą przenikać przez błonę poprzez specjalne białka nośnikowe (transportery) i białka kanałowe lub poprzez endocytozę. W transporcie pasywnym substancje przenikają przez dwuwarstwę lipidową bez wydatkowania energii zgodnie z gradientem stężeń w wyniku dyfuzji. Odmianą tego mechanizmu jest dyfuzja ułatwiona, w której określona cząsteczka pomaga substancji przejść przez membranę. Cząsteczka ta może mieć kanał, przez który przechodzi tylko jeden rodzaj substancji. Transport aktywny wymaga energii, ponieważ zachodzi wbrew gradientowi stężeń. Na błonie znajdują się specjalne białka pompujące, w tym ATPaza, która aktywnie pompuje jony potasu (K+) do komórki i wypompowuje z niej jony sodu (Na+).
· matrix – zapewnia określone względne położenie i orientację białek błonowych, ich optymalne oddziaływanie.
· mechaniczny – zapewnia komórce autonomię, jej struktury wewnątrzkomórkowe, a także połączenie z innymi komórkami (w tkankach). Ściany komórkowe odgrywają główną rolę w zapewnianiu funkcji mechanicznych, a u zwierząt – substancji międzykomórkowej.
· energia – podczas fotosyntezy w chloroplastach i oddychania komórkowego w mitochondriach w ich błonach działają systemy przekazywania energii, w których uczestniczą także białka;
· receptor – niektóre białka znajdujące się w błonie są receptorami (cząsteczkami, za pomocą których komórka odbiera określone sygnały). Na przykład hormony krążące we krwi działają tylko na komórki docelowe, które mają receptory odpowiadające tym hormonom. Neuroprzekaźniki (substancje chemiczne zapewniające przewodzenie impulsów nerwowych) wiążą się także ze specjalnymi białkami receptorowymi w komórkach docelowych.
· enzymatyczny – białka błonowe są często enzymami. Na przykład błony plazmatyczne komórek nabłonkowych jelit zawierają enzymy trawienne.
· realizacja wytwarzania i przewodzenia biopotencjałów. Za pomocą membrany w komórce utrzymuje się stałe stężenie jonów: stężenie jonu K + wewnątrz komórki jest znacznie wyższe niż na zewnątrz, a stężenie Na + jest znacznie niższe, co jest bardzo ważne, ponieważ zapewnia to utrzymanie różnicy potencjałów na błonie i wygenerowanie impulsu nerwowego.
· znakowanie komórki – na błonie znajdują się antygeny, które pełnią rolę markerów – „etykiet” pozwalających na identyfikację komórki. Są to glikoproteiny (czyli białka z przyłączonymi do nich rozgałęzionymi łańcuchami bocznymi oligosacharydów), które pełnią rolę „anten”. Ze względu na niezliczoną liczbę konfiguracji łańcuchów bocznych możliwe jest utworzenie specyficznego markera dla każdego typu komórki. Za pomocą markerów komórki mogą rozpoznawać inne komórki i współdziałać z nimi, na przykład przy tworzeniu narządów i tkanek. Umożliwia to również układowi odpornościowemu rozpoznawanie obcych antygenów.

Niektóre cząsteczki białka dyfundują swobodnie w płaszczyźnie warstwy lipidowej; w stanie normalnym części cząsteczek białka, które wychodzą różne strony błona komórkowa nie zmienia swojego położenia.

Specjalna morfologia błon komórkowych determinuje ich właściwości elektryczne, wśród których najważniejsze to pojemność i przewodność.

O właściwościach pojemnościowych decyduje głównie dwuwarstwa fosfolipidowa, która jest nieprzepuszczalna dla uwodnionych jonów, a jednocześnie na tyle cienka (ok. 5 nm), aby zapewnić skuteczną separację i magazynowanie ładunku oraz elektrostatyczne oddziaływanie kationów i anionów. Ponadto właściwości pojemnościowe błon komórkowych są jedną z przyczyn determinujących charakterystykę czasową procesów elektrycznych zachodzących na błonach komórkowych.

Przewodność (g) - odwrotność opór elektryczny i równy stosunkowi całkowitego prądu transbłonowego dla danego jonu do wartości, która określiła jego transbłonową różnicę potencjałów.

Może dyfundować przez dwuwarstwę fosfolipidową różne substancje, a stopień przepuszczalności (P), czyli zdolność błony komórkowej do przepuszczania tych substancji, zależy od różnicy stężeń substancji dyfundującej po obu stronach błony, jej rozpuszczalności w lipidach oraz właściwości komórki membrana. Szybkość dyfuzji dla naładowanych jonów w określonych warunkach pole stałe w membranie zależy od ruchliwości jonów, grubości membrany i rozmieszczenia jonów w membranie. W przypadku nieelektrolitów przepuszczalność membrany nie wpływa na jej przewodność, ponieważ nieelektrolity nie przenoszą ładunków, tj. Nie mogą przewodzić prądu elektrycznego.

Przewodność membrany jest miarą jej przepuszczalności jonowej. Wzrost przewodności wskazuje na wzrost liczby jonów przechodzących przez membranę.

Ważna nieruchomość błony biologiczne- płynność. Wszystkie błony komórkowe są ruchomymi strukturami płynnymi: większość ich cząsteczki składowe, lipidy i białka, są zdolne do dość szybkiego poruszania się w płaszczyźnie błony

Błona komórkowa to struktura pokrywająca zewnętrzną część komórki. Nazywa się ją także cytolemą lub plazmalemmą.

Formacja ta zbudowana jest z warstwy bilipidowej (dwuwarstwy) z wbudowanymi w nią białkami. Węglowodany tworzące plazmalemmę są w stanie związanym.

Rozkład głównych składników plazmalemmy jest następujący: ponad połowę składu chemicznego stanowią białka, jedną czwartą zajmują fosfolipidy, a jedną dziesiątą stanowi cholesterol.

Błona komórkowa i jej rodzaje

Błona komórkowa to cienka warstwa, której podstawę tworzą warstwy lipoprotein i białek.

Według lokalizacji wyróżnia się organelle błonowe, które mają pewne cechy w komórkach roślinnych i zwierzęcych:

mitochondria;
rdzeń;
siateczka śródplazmatyczna;
kompleks Golgiego;
lizosomy;
chloroplasty (w komórkach roślinnych).

Istnieje również wewnętrzna i zewnętrzna błona komórkowa (plazmolemma).

Struktura błony komórkowej

Błona komórkowa zawiera węglowodany, które pokrywają ją w postaci glikokaliksu. Jest to struktura ponadbłonowa, która pełni funkcję barierową. Znajdujące się tu białka są w stanie wolnym. Niezwiązane białka biorą udział w reakcjach enzymatycznych, zapewniając zewnątrzkomórkowy rozkład substancji.

Białka błony cytoplazmatycznej reprezentowane są przez glikoproteiny. Przez skład chemiczny wydzielają całkowicie (na całej długości) białka zawarte w warstwie lipidowej - białka integralne. Również peryferyjne, nie sięgające jednej z powierzchni plazmalemy.

Te pierwsze pełnią funkcję receptorów, wiążąc się z neuroprzekaźnikami, hormonami i innymi substancjami. Białka insercyjne są niezbędne do budowy kanałów jonowych, przez które następuje transport jonów i substratów hydrofilowych. Te ostatnie to enzymy katalizujące reakcje wewnątrzkomórkowe.

Podstawowe właściwości błony plazmatycznej

Dwuwarstwa lipidowa zapobiega wnikaniu wody. Lipidy to związki hydrofobowe reprezentowane w komórce przez fosfolipidy. Grupa fosforanowa jest skierowana na zewnątrz i składa się z dwóch warstw: zewnętrznej, skierowanej do środowiska zewnątrzkomórkowego i wewnętrznej, ograniczającej zawartość wewnątrzkomórkową.

Obszary rozpuszczalne w wodzie nazywane są głowami hydrofilowymi. Miejsca kwasów tłuszczowych są kierowane do komórki w postaci hydrofobowych ogonów. Część hydrofobowa oddziałuje z sąsiadującymi lipidami, co zapewnia ich wzajemne połączenie. Podwójna warstwa ma selektywną przepuszczalność w różnych obszarach.

Zatem w środku membrana jest nieprzepuszczalna dla glukozy i mocznika, swobodnie przechodzą przez nią substancje hydrofobowe: dwutlenek węgla, tlen, alkohol. Ważny jest cholesterol, którego zawartość decyduje o lepkości plazmalemy.

Funkcje zewnętrznej błony komórkowej

Charakterystykę funkcji przedstawiono w skrócie w tabeli:

Funkcja membrany	Opis
Rola bariery	Plazlemma pełni funkcję ochronną, chroniąc zawartość komórki przed działaniem obcych czynników. Dzięki specjalnej organizacji białek, lipidów i węglowodanów zapewniona jest półprzepuszczalność plazmalemy.
Funkcja receptora	Aktywacja zachodzi biologicznie przez błonę komórkową substancje czynne w procesie wiązania z receptorami. Zatem reakcje immunologiczne zachodzą poprzez rozpoznawanie obcych czynników przez aparat receptorowy komórki zlokalizowany na błonie komórkowej.
Funkcja transportowa	Obecność porów w plazmalemie pozwala regulować przepływ substancji do komórki. Proces transferu zachodzi pasywnie (bez zużycia energii) dla związków o niskiej masie cząsteczkowej. Transport aktywny wiąże się z wydatkowaniem energii uwalnianej podczas rozkładu adenozynotrójfosforanu (ATP). Ta metoda zachodzi podczas przenoszenia związków organicznych.
Udział w procesach trawiennych	Substancje odkładają się na błonie komórkowej (sorpcja). Receptory wiążą się z podłożem, przenosząc go do komórki. Tworzy się pęcherzyk, który swobodnie leży wewnątrz komórki. Łącząc się, takie pęcherzyki tworzą lizosomy z enzymami hydrolitycznymi.
Funkcja enzymatyczna	Enzymy są niezbędnymi składnikami trawienia wewnątrzkomórkowego. Reakcje wymagające udziału katalizatorów zachodzą przy udziale enzymów.

Jakie znaczenie ma błona komórkowa

Błona komórkowa bierze udział w utrzymaniu homeostazy ze względu na wysoką selektywność substancji wchodzących i wychodzących z komórki (w biologii nazywa się to przepuszczalnością selektywną).

Wyrostki plazmalemy dzielą komórkę na przedziały (przedziały) odpowiedzialne za wykonywanie określonych funkcji. Specjalnie zaprojektowane membrany odpowiadające wzorowi płynnej mozaiki zapewniają integralność komórki.

Błona komórkowa jest jedną z najważniejszych organelli, stanowiącą swego rodzaju barierę pomiędzy daną komórką a środowiskiem zewnętrznym. Nazwy naukowe to plazmalemma, cytolemma lub błona plazmatyczna. To przez nią komórka wchodzi w interakcję ze środowiskiem zewnętrznym, przez nią komórki dostają się do środka. składniki odżywcze, a to, co zostało już przetworzone, wyróżnia się. Plazlemma ma dość złożoną strukturę i pełni także wiele funkcji w organizmie. W tym artykule szczegółowo omówimy błonę komórkową i jej strukturę.

Organoid ten odkryto stosunkowo niedawno, bo dopiero na początku XX wieku. Odkrycia dokonali niemieccy naukowcy – Gorter i Grendel. Przez całe poprzednie stulecie naukowcy aktywnie badali cytolemat, wysunięto różne teorie na temat jego budowy, które z czasem zostały obalone, a na ich miejsce zajęły nowe. I dopiero w latach siedemdziesiątych naukowcom udało się wiarygodnie określić jego strukturę.

Z czego więc składa się błona komórkowa? W wyniku licznych badań stwierdzono, że składa się z trzech warstw. Górna i dolna warstwa są nieciągłymi odcinkami połączeń cząsteczek białka, a warstwa wewnętrzna, przeciwnie, jest ciągła i składa się z tłuszczów; jest to główna warstwa, dzięki której zapewniona jest izolacja od środowiska zewnętrznego. Warstwa tłuszczowa zawiera dwa rzędy lipidów (inaczej nazywa się ją bilipidem).

W cytolemie występują następujące rodzaje lipidów:

fosfolipidy (tłuszcze i fosfor);
glikolipidy (tłuszcze i węglowodany);
cholesterolu

Zewnętrzna i wewnętrzna warstwa białka zapewniają, że substancje, które nie mogą przeniknąć do środka przez warstwę tłuszczu, przedostaną się do środka przez te warstwy, czyli stanowią „przejścia” dla substancji rozpuszczalnych w wodzie.

Tak więc błonę komórkową tworzą trzy poziomy, z których dwa są swoistymi transporterami substancji, które nie mogą przedostać się przez trzeci poziom, który jest główny, jest to bariera izolująca zawartość wewnętrzną, ale jednocześnie zapewniająca połączenie z innymi komórkami, wszak to przez nie dostaje się główna ilość składników odżywczych.

Ważne jest również, aby zrozumieć, że błona komórkowa i Ściana komórkowa- to są różne organelle. Istnieje wiele różnic i są one znaczące, ściana znajduje się nad cytolemą, służy jako ochrona uszkodzenie mechaniczne i ciśnienie. Z kolei funkcje cytolemmy są różne.

Obejrzyj film o błonie komórkowej i jej funkcjach.

Do funkcji błony komórkowej zalicza się:

Bariera. Pełni funkcję naturalnego filtra dla cząsteczek, które mają przedostać się do środka, przepuszcza jedynie te, które spełniają określone parametry.
Ochronny. Ponieważ większość zwierząt nie ma ściany komórkowej, plazmalema służy również jako ochrona przed naprężeniami mechanicznymi i zapobiega uszkodzeniom. Błona komórkowa w komórce roślinnej nie pełni podobnej funkcji, ponieważ komórki roślinne mają złożoną strukturę, która może je chronić.
Matryca. Odpowiedzialny za ułożenie organelli wewnętrznych względem siebie w celu utrzymania równowagi wewnętrznej niezbędnej do pełnej aktywności.
Transport. Całkowicie kontroluje wymianę niezbędnych substancji ze środowiskiem zewnętrznym, a dzięki swoim szczególnym właściwościom pomaga tym, które są niezbędne do życia, ale jednocześnie nie mogą samodzielnie przedostać się do środka.
Enzymatyczny. Niezbędna do produkcji enzymów niezbędnych np. do trawienia pokarmu.
Chwytnik. Niezbędne do odbierania sygnałów o tym, co dzieje się w środowisku zewnętrznym.
Cechowanie. Każda komórka jest wyjątkowa, a komórki potrafią się rozpoznawać, jest to konieczne, aby ze sobą współdziałać. Rozpoznanie następuje ze względu na strukturę cytolematu, która się nie powtarza.

Cytolemma każdej żywej istoty pełni zasadniczo tę samą liczbę funkcji, z niewielkimi różnicami, niezależnie od tego, czy cytolema jest rozważana: zwierzę, człowiek, owad czy błona komórkowa rośliny.

Wnioski dotyczące plazmalemmy

Po zbadaniu budowy i funkcji tej organelli można zauważyć, że błona komórkowa ma cechy, które nie są charakterystyczne dla innych składników komórki. Przyczyniło się do tego jego odkrycie na początku ubiegłego wieku dalszy rozwój medycyna, stała się kluczem do zrozumienia wielu chorób człowieka, a także metod ich leczenia.

Błona komórkowa jest cechą charakterystyczną komórek każdego organizmu. Służy jako ochrona, a także działa bardzo dobrze ważne funkcje, ponieważ przez niego przenikają do środka różne substancje. Aby ta organella mogła normalnie funkcjonować, a co za tym idzie, aby komórka jako całość mogła normalnie funkcjonować, konieczne jest utrzymanie w organizmie warunków niezakłócających jej aktywności.

Jak wiadomo, membrana jest plazmatyczna, jej struktura składa się z wielu kanałów, dzięki czemu zapewniona jest wymiana z otoczeniem zewnętrznym. Naukowcy odkryli, że do prawidłowego funkcjonowania, a w szczególności do tego, aby komórka nie zaczęła się degenerować w komórkę nowotworową, konieczne jest, aby kanały plazmalemy działały prawidłowo, nie zatykały się i nie przepuszczały niewłaściwych cząsteczek Poprzez.

odpowiednie odżywianie;
regularne spacery NA świeże powietrze;
utrzymanie równowagi wodnej organizmu.

To niesamowite, ale właśnie tak pozornie nieistotna organella może znacząco wpłynąć na samopoczucie i zdrowie człowieka. Dlatego odkrycie plazmalemmy było ogromnym krokiem naprzód dla nauk biologicznych.

Czy uważasz, że błona komórkowa odgrywa najważniejszą rolę w funkcjonowaniu komórki, czy też są ważniejsze elementy? Podziel się swoją opinią nt