Podstawowe funkcje błony komórkowej. Budowa i funkcje błon biologicznych

Zdecydowana większość organizmów żyjących na Ziemi składa się z komórek w dużej mierze podobnych skład chemiczny, struktura i aktywność życiowa. Metabolizm i konwersja energii zachodzą w każdej komórce. Podział komórek leży u podstaw procesów wzrostu i rozmnażania organizmów. Zatem komórka jest jednostką struktury, rozwoju i rozmnażania organizmów.

Komórka może istnieć tylko jako integralny system, niepodzielny na części. Integralność komórek zapewniają błony biologiczne. Komórka jest elementem układu wyższej rangi – organizmu. Części komórkowe i organelle składające się ze złożonych cząsteczek stanowią integralne układy niższego rzędu.

Komórka jest systemem otwartym, połączonym z otoczeniem poprzez wymianę substancji i energii. Ten układ funkcjonalny, w którym każda cząsteczka pełni określone funkcje. Komórka ma stabilność, zdolność do samoregulacji i samoreprodukcji.

Komórka jest systemem samorządnym. Kontrolny układ genetyczny komórki reprezentowany jest przez złożone makrocząsteczki - kwasy nukleinowe (DNA i RNA).

W latach 1838-1839 Niemieccy biolodzy M. Schleiden i T. Schwann podsumowali wiedzę o komórce i sformułowali główne stanowisko teoria komórki, którego istotą jest to, że wszystkie organizmy, zarówno roślinne, jak i zwierzęce, składają się z komórek.

W 1859 r. R. Virchow opisał proces podziału komórki i sformułował jedno z najważniejszych założeń teorii komórki: „Każda komórka pochodzi z innej komórki”. Nowe komórki powstają w wyniku podziału komórki macierzystej, a nie z substancji pozakomórkowej, jak wcześniej sądzono.

Odkrycie jaj ssaków przez rosyjskiego naukowca K. Baera w 1826 r. doprowadziło do wniosku, że komórka leży u podstaw rozwoju organizmów wielokomórkowych.

Współczesna teoria komórki zawiera następujące postanowienia:

1) komórka – jednostka budowy i rozwoju wszystkich organizmów;

2) komórki organizmów z różnych królestw żywej przyrody mają podobną budowę, skład chemiczny, metabolizm i podstawowe przejawy aktywności życiowej;

3) nowe komórki powstają w wyniku podziału komórki macierzystej;

4) w organizmie wielokomórkowym komórki tworzą tkanki;

5) narządy zbudowane są z tkanek.

Wraz z wprowadzeniem do biologii współczesnej biologii, fizyki i metody chemiczne Badania umożliwiły zbadanie struktury i funkcjonowania różnych składników komórki. Jedną z metod badania komórek jest mikroskopia. Nowoczesny mikroskop świetlny powiększa obiekty 3000 razy i pozwala zobaczyć największe organelle komórkowe, obserwować ruch cytoplazmy i podział komórek.

Wynaleziony w latach 40. XX wiek Mikroskop elektronowy daje powiększenie dziesiątki i setki tysięcy razy. Mikroskop elektronowy zamiast światła wykorzystuje strumień elektronów i zamiast soczewek - pola elektromagnetyczne. Dlatego mikroskop elektronowy wytwarza wyraźne obrazy przy znacznie większych powiększeniach. Za pomocą takiego mikroskopu możliwe było badanie struktury organelli komórkowych.

Metodą bada się strukturę i skład organelli komórkowych wirowanie. Posiekane tkanki ze zniszczonymi błonami komórkowymi umieszcza się w probówkach i obraca w wirówce z dużą prędkością. Metoda opiera się na fakcie, że różne organoidy komórkowe mają inna masa i gęstość. Organelle o większej gęstości osadzane są w probówce przy niskich prędkościach wirowania, a mniej gęste – przy dużych prędkościach. Warstwy te są badane oddzielnie.

Popularne metoda hodowli komórek i tkanek polega na tym, że z jednej lub kilku komórek na specjalnej pożywce można uzyskać grupę tego samego rodzaju komórek zwierzęcych lub roślinnych, a nawet wyhodować całą roślinę. Stosując tę ​​metodę, można uzyskać odpowiedź na pytanie, w jaki sposób z jednej komórki powstają różne tkanki i narządy organizmu.

Podstawowe zasady teorii komórki po raz pierwszy sformułowali M. Schleiden i T. Schwann. Komórka jest jednostką struktury, aktywności życiowej, reprodukcji i rozwoju wszystkich żywych organizmów. Do badania komórek stosuje się metody mikroskopii, wirowania, hodowli komórek i tkanek itp.

Komórki grzybów, roślin i zwierząt mają ze sobą wiele wspólnego nie tylko pod względem składu chemicznego, ale także struktury. Badając komórkę pod mikroskopem, widoczne są w niej różne struktury - organoidy. Każda organella pełni określone funkcje. Komórka składa się z trzech głównych części: błony komórkowej, jądra i cytoplazmy (ryc. 1).

Membrana plazmowa oddziela komórkę i jej zawartość od środowiska. Na ryc. 2 widać: membranę tworzą dwie warstwy lipidów, a cząsteczki białka przenikają przez grubość membrany.

Główna funkcja błony komórkowej transport. Zapewnia dopływ składników odżywczych do komórki i usuwanie z niej produktów przemiany materii.

Ważną właściwością membrany jest selektywna przepuszczalność lub półprzepuszczalność pozwala komórce na interakcję z otoczeniem: tylko niektóre substancje wchodzą do niej i są z niej usuwane. Małe cząsteczki wody i niektórych innych substancji przenikają do komórki na drodze dyfuzji, częściowo przez pory w membranie.

Cukry, kwasy organiczne i sole rozpuszczają się w cytoplazmie, soku komórkowym wakuoli komórki roślinnej. Co więcej, ich stężenie w komórce jest znacznie wyższe niż w środowisko. Im większe stężenie tych substancji w komórce, tym więcej wody ona wchłania. Wiadomo, że komórka stale zużywa wodę, przez co wzrasta stężenie soku komórkowego i woda ponownie dostaje się do komórki.

Wejście większych cząsteczek (glukozy, aminokwasów) do komórki zapewniają białka transportujące przez błonę, które łącząc się z cząsteczkami transportowanych substancji transportują je przez błonę. W procesie tym biorą udział enzymy rozkładające ATP.

Rycina 1. Uogólniony schemat budowy komórki eukariotycznej.
(aby powiększyć obraz, kliknij na zdjęcie)

Rycina 2. Struktura błony plazmatycznej.
1 - białka przebijające, 2 - białka zanurzone, 3 - białka zewnętrzne

Rycina 3. Schemat pinocytozy i fagocytozy.

Nawet większe cząsteczki białek i polisacharydów dostają się do komórki na drodze fagocytozy (z gr. fagos- pożeranie i kito- naczynie, komórka) i krople płynu - przez pinocytozę (z greckiego. pinot- Piję i kito) (Rysunek 3).

Komórki zwierzęce w odróżnieniu od komórek roślinnych otoczone są miękkim i elastycznym „płaszczem” utworzonym głównie przez cząsteczki polisacharydów, które łącząc się z niektórymi białkami błonowymi i lipidami otaczają komórkę od zewnątrz. Skład polisacharydów jest specyficzny dla różnych tkanek, dzięki czemu komórki „rozpoznają się” i łączą ze sobą.

Komórki roślinne nie mają takiego „płaszcza”. Nad nimi znajduje się pokryta porami błona plazmatyczna. Błona komórkowa, składający się głównie z celulozy. Przez pory nici cytoplazmy rozciągają się od komórki do komórki, łącząc komórki ze sobą. W ten sposób osiąga się komunikację między komórkami i osiąga się integralność organizmu.

Błona komórkowa u roślin pełni rolę silnego szkieletu i chroni komórkę przed uszkodzeniami.

Większość bakterii i wszystkie grzyby mają błonę komórkową, różni się jedynie jej składem chemicznym. U grzybów składa się z substancji podobnej do chityny.

Komórki grzybów, roślin i zwierząt mają podobną strukturę. Komórka składa się z trzech głównych części: jądra, cytoplazmy i błony komórkowej. Błona plazmatyczna składa się z lipidów i białek. Zapewnia wejście substancji do komórki i ich uwolnienie z komórki. W komórkach roślin, grzybów i większości bakterii nad błoną plazmatyczną znajduje się błona komórkowa. Ona występuje funkcję ochronną i pełni rolę szkieletu. U roślin ściana komórkowa składa się z celulozy, a u grzybów z substancji podobnej do chityny. Komórki zwierzęce pokryte są polisacharydami, które zapewniają kontakt między komórkami tej samej tkanki.

Czy wiesz, że główną częścią komórki jest cytoplazma. Składa się z wody, aminokwasów, białek, węglowodanów, ATP, jonów materia organiczna. Cytoplazma zawiera jądro i organelle komórki. W nim substancje przemieszczają się z jednej części komórki do drugiej. Cytoplazma zapewnia interakcję wszystkich organelli. Zachodzą tu reakcje chemiczne.

Cała cytoplazma jest przesiąknięta tworzącymi się cienkimi mikrotubulami białkowymi cytoszkielet komórkowy dzięki czemu zachowuje stały kształt. Cytoszkielet komórkowy jest elastyczny, ponieważ mikrotubule mogą zmieniać swoje położenie, przemieszczać się z jednego końca i skracać z drugiego. Do komórki dostają się różne substancje. Co się z nimi dzieje w klatce?

W lizosomach - małych okrągłych pęcherzykach błonowych (patrz ryc. 1) cząsteczki złożonych substancji organicznych rozkładają się na prostsze cząsteczki za pomocą enzymów hydrolitycznych. Na przykład białka rozkładają się na aminokwasy, polisacharydy na monosacharydy, tłuszcze na glicyrynę i kwasy tłuszczowe. Ze względu na tę funkcję lizosomy często nazywane są „stacjami trawiennymi” komórki.

Jeśli błona lizosomów zostanie zniszczona, zawarte w nich enzymy mogą strawić samą komórkę. Dlatego lizosomy są czasami nazywane „bronią zabijającą komórki”.

Enzymatyczne utlenianie małych cząsteczek aminokwasów, monosacharydów, kwasów tłuszczowych i alkoholi powstających w lizosomach do dwutlenku węgla i wody rozpoczyna się w cytoplazmie, a kończy w innych organellach - mitochondria. Mitochondria to organelle w kształcie pręcików, nitkowate lub kuliste, oddzielone od cytoplazmy dwiema błonami (ryc. 4). Zewnętrzna membrana jest gładka, a wewnętrzna tworzy fałdy - święta, które zwiększają jego powierzchnię. Błona wewnętrzna zawiera enzymy biorące udział w reakcjach utleniania substancji organicznych dwutlenek węgla i woda. Uwalnia to energię, która jest magazynowana przez komórkę w cząsteczkach ATP. Dlatego mitochondria nazywane są „elektrowniami” komórki.

W komórce substancje organiczne są nie tylko utleniane, ale także syntetyzowane. Synteza lipidów i węglowodanów odbywa się na retikulum endoplazmatycznym – EPS (ryc. 5), a białek – na rybosomach. Co to jest EPS? Jest to system kanalików i cystern, których ściany utworzone są przez membranę. Przenikają całą cytoplazmę. Substancje przemieszczają się kanałami ER do różnych części komórki.

Jest gładki i szorstki EPS. Na powierzchni gładkiej ER przy udziale enzymów syntetyzowane są węglowodany i lipidy. Chropowatość ER wynikają z znajdujących się na nim małych okrągłych ciał - rybosomy(patrz ryc. 1), które biorą udział w syntezie białek.

Synteza substancji organicznych zachodzi również w plastydy, które występują wyłącznie w komórkach roślinnych.

Ryż. 4. Schemat budowy mitochondriów.
1.- membrana zewnętrzna; 2.- membrana wewnętrzna; 3.- fałdy błony wewnętrznej - cristae.

Ryż. 5. Schemat struktury szorstkiego EPS.

Ryż. 6. Schemat budowy chloroplastu.
1.- membrana zewnętrzna; 2.- membrana wewnętrzna; 3.- wewnętrzna zawartość chloroplastu; 4.- fałdy błony wewnętrznej zebrane w „stosy” i tworzące grana.

W bezbarwnych plastydach - leukoplasty(z greckiego leukos- biały i plasty- wytworzony) gromadzi się skrobia. Bulwy ziemniaka są bardzo bogate w leukoplasty. Owoce i kwiaty nadają kolor żółty, pomarańczowy i czerwony. chromoplasty(z greckiego chrom- kolor i plasty). Syntetyzują pigmenty biorące udział w fotosyntezie - karotenoidy. W życiu roślinnym jest to szczególnie ważne chloroplasty(z greckiego chlorki- zielonkawy i plasty) - zielone plastydy. Na rycinie 6 widać, że chloroplasty są pokryte dwiema membranami: zewnętrzną i wewnętrzną. Wewnętrzna membrana tworzy fałdy; pomiędzy fałdami znajdują się bąbelki ułożone w stosy - ziarna. Granas zawiera cząsteczki chlorofilu, które biorą udział w fotosyntezie. Każdy chloroplast ma około 50 ziaren ułożonych w szachownicę. Takie ustawienie zapewnia maksymalne doświetlenie każdej twarzy.

W cytoplazmie białka, lipidy i węglowodany mogą gromadzić się w postaci ziaren, kryształów i kropelek. Te włączenie- zapasowy składniki odżywcze, które są zużywane przez komórkę w miarę potrzeb.

W komórkach roślinnych część rezerwowych składników odżywczych oraz produkty rozkładu gromadzą się w soku komórkowym wakuoli (patrz ryc. 1). Mogą stanowić do 90% objętości komórki roślinnej. Komórki zwierzęce mają tymczasowe wakuole, które zajmują nie więcej niż 5% ich objętości.

Ryż. 7. Schemat budowy kompleksu Golgiego.

Na rycinie 7 widać system wnęk otoczonych membraną. Ten Kompleks Golgiego, który pełni w komórce różne funkcje: uczestniczy w gromadzeniu i transporcie substancji, ich usuwaniu z komórki, tworzeniu lizosomów, Błona komórkowa. Na przykład cząsteczki celulozy dostają się do wnęki kompleksu Golgiego, które za pomocą pęcherzyków przemieszczają się na powierzchnię komórki i wchodzą w skład błony komórkowej.

Większość komórek rozmnaża się przez podział. Uczestnictwo w tym procesie centrum komórkowe. Składa się z dwóch centrioli otoczonych gęstą cytoplazmą (patrz ryc. 1). Na początku podziału centriole przesuwają się w stronę biegunów komórki. Wychodzą z nich nici białkowe, które łączą się z chromosomami i zapewniają ich równomierny rozkład pomiędzy dwiema komórkami potomnymi.

Wszystkie organelle komórkowe są ze sobą ściśle powiązane. Na przykład cząsteczki białka są syntetyzowane w rybosomach i transportowane kanałami ER do różne części komórki, a w lizosomach białka ulegają zniszczeniu. Nowo zsyntetyzowane cząsteczki służą do budowy struktur komórkowych lub gromadzą się w cytoplazmie i wakuolach jako rezerwowe składniki odżywcze.

Komórka jest wypełniona cytoplazmą. Cytoplazma zawiera jądro i różne organelle: lizosomy, mitochondria, plastydy, wakuole, ER, centrum komórkowe, kompleks Golgiego. Różnią się budową i funkcjami. Wszystkie organelle cytoplazmatyczne oddziałują ze sobą, zapewniając normalne funkcjonowanie komórki.

Tabela 1. STRUKTURA KOMÓRKOWA

Najważniejszą rolę w aktywności życiowej i podziale komórek grzybów, roślin i zwierząt pełni jądro i znajdujące się w nim chromosomy. Większość komórek tych organizmów ma jedno jądro, ale zdarzają się również komórki wielojądrowe, takie jak komórki mięśniowe. Jądro znajduje się w cytoplazmie i ma okrągły lub owalny kształt. Pokryty jest skorupą składającą się z dwóch membran. W otoczce jądrowej znajdują się pory, przez które następuje wymiana substancji pomiędzy jądrem a cytoplazmą. Jądro jest wypełnione sokiem jądrowym, w którym znajdują się jąderka i chromosomy.

Jąderka- są to „warsztaty produkcji” rybosomów, które powstają z rybosomalnego RNA wytwarzanego w jądrze i białek syntetyzowanych w cytoplazmie.

Związana jest główna funkcja jądra - przechowywanie i przekazywanie informacji dziedzicznych chromosomy. Każdy typ organizmu ma swój własny zestaw chromosomów: określoną liczbę, kształt i rozmiar.

Nazywa się wszystkie komórki ciała, z wyjątkiem komórek płciowych somatyczny(z greckiego soma- ciało). Komórki organizmu tego samego gatunku zawierają ten sam zestaw chromosomów. Na przykład u człowieka każda komórka ciała zawiera 46 chromosomów, u muszki owocowej Drosophila - 8 chromosomów.

Komórki somatyczne z reguły mają podwójny zestaw chromosomów. Nazywa się to diploidalny i jest oznaczony jako 2 N. Tak więc osoba ma 23 pary chromosomów, czyli 2 N= 46. Komórki płciowe zawierają o połowę mniej chromosomów. Czy jest singlem, czy haploidalny, zestaw. Osoba ma 1 N = 23.

Wszystkie chromosomy w komórkach somatycznych, w przeciwieństwie do chromosomów w komórkach rozrodczych, są sparowane. Chromosomy tworzące jedną parę są identyczne. Nazywa się to sparowanymi chromosomami homologiczny. Nazywa się chromosomy należące do różnych par i różniące się kształtem i rozmiarem niehomologiczne(ryc. 8).

U niektórych gatunków liczba chromosomów może być taka sama. Na przykład koniczyna czerwona i groszek mają 2 N= 14. Jednakże ich chromosomy różnią się kształtem, rozmiarem i składem nukleotydowym cząsteczek DNA.

Ryż. 8. Zestaw chromosomów w komórkach Drosophila.

Ryż. 9. Struktura chromosomu.

Aby zrozumieć rolę chromosomów w przekazywaniu informacji dziedzicznej, należy zapoznać się z ich budową i składem chemicznym.

Chromosomy niedzielącej się komórki wyglądają jak długie cienkie nitki. Przed podziałem komórkowym każdy chromosom składa się z dwóch identycznych nici - chromatyda, które są połączone między taliami talii - (ryc. 9).

Chromosomy składają się z DNA i białek. Ponieważ skład nukleotydów DNA jest różny różne rodzaje, skład chromosomów jest unikalny dla każdego gatunku.

Każda komórka, z wyjątkiem komórek bakteryjnych, ma jądro, w którym znajdują się jąderka i chromosomy. Każdy gatunek charakteryzuje się pewnym zestawem chromosomów: liczbą, kształtem i rozmiarem. W komórkach somatycznych większości organizmów zestaw chromosomów jest diploidalny, w komórkach płciowych – haploidalny. Sparowane chromosomy nazywane są homologicznymi. Chromosomy składają się z DNA i białek. Cząsteczki DNA zapewniają przechowywanie i przekazywanie informacji dziedzicznej z komórki do komórki i z organizmu na organizm.

Po przepracowaniu tych tematów powinieneś być w stanie:

1. Wyjaśnij, w jakich przypadkach należy zastosować mikroskop świetlny (konstrukcję) lub transmisyjny mikroskop elektronowy.
2. Opisz budowę błony komórkowej i wyjaśnij związek pomiędzy strukturą błony a jej zdolnością do wymiany substancji pomiędzy komórką a jej otoczeniem.
3. Zdefiniuj procesy: dyfuzję, dyfuzję ułatwioną, transport aktywny, endocytozę, egzocytozę i osmozę. Wskaż różnice pomiędzy tymi procesami.
4. Nazwij funkcje struktur i wskaż, w których komórkach (roślinnych, zwierzęcych lub prokariotycznych) się znajdują: jądro, błona jądrowa, nukleoplazma, chromosomy, błona plazmatyczna, rybosomy, mitochondria, Ściana komórkowa, chloroplast, wakuola, lizosom, siateczka śródplazmatyczna gładka (ziarnista) i szorstka (granulowana), centrum komórkowe, aparat Golgiego, rzęska, wici, mezosom, pilusy lub fimbrie.
5. Wymień co najmniej trzy znaki, po których można odróżnić komórkę roślinną od komórki zwierzęcej.
6. Wymień najważniejsze różnice między komórkami prokariotycznymi i eukariotycznymi.

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. „Biologia ogólna”. Moskwa, „Oświecenie”, 2000

• Temat 1. „Błona plazmatyczna”. §1, §8 s. 5;20
• Temat 2. „Klatka”. §8-10 s. 20-30
• Temat 3. „Komórka prokariotyczna. Wirusy”. §11 s. 31-34

Dział biologii zwany cytologią bada budowę organizmów, a także roślin, zwierząt i ludzi. Naukowcy odkryli, że zawartość komórki, która się w niej znajduje, jest zbudowana dość złożona. Jest otoczony tzw. aparatem powierzchniowym, w skład którego wchodzą zewnętrzna błona komórkowa, struktury ponadbłonowe: glikokaliks, a także mikrofilamenty, błonki i mikrotubule tworzące jego kompleks podbłonowy.

W tym artykule zbadamy strukturę i funkcje zewnętrznej błony komórkowej wchodzącej w skład aparatu powierzchniowego różne rodzaje komórki.

Jakie funkcje pełni zewnętrzna błona komórkowa?

Jak opisano wcześniej, błona zewnętrzna jest częścią aparatu powierzchniowego każdej komórki, który skutecznie oddziela jej wewnętrzną zawartość i chroni organelle komórkowe przed niekorzystne warunki otoczenie zewnętrzne. Inną funkcją jest zapewnienie metabolizmu między zawartością komórkową a płynem tkankowym, dzięki czemu zewnętrzna błona komórkowa transportuje cząsteczki i jony dostające się do cytoplazmy, a także pomaga usuwać odpady i nadmiar toksycznych substancji z komórki.

Struktura błony komórkowej

Błony lub błony plazmatyczne różnych typów komórek znacznie się od siebie różnią. Głównie ze względu na ich budowę chemiczną, a także względną zawartość lipidów, glikoprotein, białek i, w związku z tym, charakter znajdujących się w nich receptorów. Zewnętrzne, które są określane przede wszystkim indywidualny skład glikoproteiny, bierze udział w rozpoznawaniu bodźców środowiskowych oraz w reakcjach samej komórki na ich działania. Niektóre typy wirusów mogą wchodzić w interakcje z białkami i glikolipidami błon komórkowych, w wyniku czego przedostają się do wnętrza komórki. Do budowy ich powłoki ochronnej można wykorzystać wirusy opryszczki i grypy.

A wirusy i bakterie, tak zwane bakteriofagi, przyczepiają się do błony komórkowej i rozpuszczają ją w miejscu kontaktu za pomocą specjalnego enzymu. Następnie do powstałej dziury przechodzi cząsteczka wirusowego DNA.

Cechy struktury błony komórkowej eukariontów

Przypomnijmy, że zewnętrzna błona komórkowa pełni funkcję transportu, czyli przenoszenia substancji do i z niej do środowiska zewnętrznego. Aby przeprowadzić taki proces, wymagana jest specjalna konstrukcja. Rzeczywiście, plazmalemma jest trwałym, uniwersalnym systemem aparatu powierzchniowego. Jest to cienka (2-10 Nm), ale dość gęsta wielowarstwowa folia pokrywająca całe ogniwo. Jego strukturę badali w 1972 roku naukowcy tacy jak D. Singer i G. Nicholson, którzy również stworzyli model płynnej mozaiki błony komórkowej.

Głównymi związkami chemicznymi, które ją tworzą, są uporządkowane cząsteczki białek i niektórych fosfolipidów, które są osadzone w płynnym ośrodku lipidowym i przypominają mozaikę. Zatem błona komórkowa składa się z dwóch warstw lipidów, których niepolarne hydrofobowe „ogony” znajdują się wewnątrz błony, a polarne hydrofilowe głowy są zwrócone w stronę cytoplazmy komórki i płynu międzykomórkowego.

Przez warstwę lipidową penetrują duże cząsteczki białka, które tworzą pory hydrofilowe. To za ich pośrednictwem są transportowane roztwory wodne glukoza i sole mineralne. Niektóre cząsteczki białka znajdują się zarówno na zewnętrznej, jak i wewnętrznej powierzchni plazmalemy. Zatem na zewnętrznej błonie komórkowej komórek wszystkich organizmów posiadających jądra znajdują się cząsteczki węglowodanów połączone wiązaniami kowalencyjnymi z glikolipidami i glikoproteinami. Zawartość węglowodanów w błonach komórkowych waha się od 2 do 10%.

Struktura plazmalemy organizmów prokariotycznych

Zewnętrzna błona komórkowa u prokariotów pełni podobne funkcje jak błony plazmatyczne komórek organizmów jądrowych, a mianowicie: percepcję i przekazywanie informacji pochodzących ze środowiska zewnętrznego, transport jonów i roztworów do i z komórki, ochronę cytoplazmy przed obcymi czynnikami. odczynniki z zewnątrz. Może tworzyć mezosomy – struktury powstające, gdy błona plazmatyczna zostaje wpuklona w komórkę. Mogą zawierać enzymy biorące udział w reakcjach metabolicznych prokariotów, na przykład replikacji DNA i syntezie białek.

Mezosomy zawierają również enzymy redoks, a fotosyntetyki zawierają bakteriochlorofil (w bakteriach) i fikobilinę (w sinicach).

Rola błon zewnętrznych w kontaktach międzykomórkowych

Kontynuując odpowiadanie na pytanie, jakie funkcje pełni zewnętrzna błona komórkowa, zastanówmy się nad jej rolą. W komórkach roślinnych w ścianach zewnętrznej błony komórkowej powstają pory, które przechodzą do warstwy celulozy. Przez nich cytoplazma komórki może wyjść na zewnątrz, takie cienkie kanały nazywane są plazmodesmami.

Dzięki nim połączenie pomiędzy sąsiednimi komórkami roślinnymi jest bardzo silne. W komórkach ludzkich i zwierzęcych punkty styku sąsiadujących ze sobą błon komórkowych nazywane są desmosomami. Są charakterystyczne dla komórek śródbłonka i nabłonka, występują także w kardiomiocytach.

Formacje pomocnicze plazmalemy

Zrozumienie, czym komórki roślinne różnią się od komórek zwierzęcych, pomaga badanie cech strukturalnych ich błon plazmatycznych, które zależą od funkcji zewnętrznej błony komórkowej. Nad nim w komórkach zwierzęcych znajduje się warstwa glikokaliksu. Tworzą go cząsteczki polisacharydów związane z białkami i lipidami zewnętrznej błony komórkowej. Dzięki glikokaliksowi dochodzi do adhezji (sklejania się) pomiędzy komórkami, co prowadzi do powstania tkanek, dlatego bierze udział w funkcji sygnalizacyjnej plazmalemy – rozpoznawaniu bodźców środowiskowych.

W jaki sposób odbywa się bierny transport niektórych substancji przez błony komórkowe?

Jak wspomniano wcześniej, zewnętrzna błona komórkowa bierze udział w procesie transportu substancji pomiędzy komórką a środowiskiem zewnętrznym. Istnieją dwa rodzaje transportu przez plazmalemmę: transport pasywny (dyfuzyjny) i transport aktywny. Pierwsza obejmuje dyfuzję, dyfuzję ułatwioną i osmozę. Ruch substancji wzdłuż gradientu stężeń zależy przede wszystkim od masy i wielkości cząsteczek przechodzących przez błonę komórkową. Na przykład małe niepolarne cząsteczki łatwo rozpuszczają się w środkowej warstwie lipidowej plazmalemy, przemieszczają się przez nią i trafiają do cytoplazmy.

Duże cząsteczki substancji organicznych przenikają do cytoplazmy za pomocą specjalnych białek nośnikowych. Mają specyficzność gatunkową i łącząc się z cząstką lub jonem, pasywnie przenoszą je przez membranę zgodnie z gradientem stężeń bez wydatku energetycznego (transport pasywny). Proces ten leży u podstaw takiej właściwości plazmalemmy, jak selektywna przepuszczalność. Podczas tego procesu energia cząsteczek ATP nie jest wykorzystywana, a komórka oszczędza ją na inne reakcje metaboliczne.

Aktywny transport związków chemicznych przez plazmalemmę

Ponieważ zewnętrzna błona komórkowa zapewnia przenoszenie cząsteczek i jonów ze środowiska zewnętrznego do komórki i z powrotem, możliwe staje się usuwanie produktów dysymilacji, którymi są toksyny, na zewnątrz, czyli do płynu międzykomórkowego. zachodzi wbrew gradientowi stężeń i wymaga użycia energii w postaci cząsteczek ATP. Obejmuje także białka nośnikowe zwane ATPazami, które są również enzymami.

Przykładem takiego transportu jest pompa sodowo-potasowa (jony sodu przemieszczają się z cytoplazmy do środowiska zewnętrznego, a jony potasu są pompowane do cytoplazmy). Są do tego zdolne komórki nabłonkowe jelit i nerek. Odmianami tej metody przenoszenia są procesy pinocytozy i fagocytozy. Zatem po zbadaniu, jakie funkcje pełni zewnętrzna błona komórkowa, można ustalić, że heterotroficzne protisty, a także komórki wyższych organizmów zwierzęcych, na przykład leukocyty, są zdolne do procesów pino- i fagocytozy.

Procesy bioelektryczne w błonach komórkowych

Ustalono, że istnieje potencjalna różnica pomiędzy powierzchnia zewnętrzna plazmalema (jest naładowana dodatnio) i warstwa ciemieniowa cytoplazmy, która jest naładowana ujemnie. Nazywa się to potencjałem spoczynkowym i jest nieodłącznym elementem wszystkich żywych komórek. A tkanka nerwowa ma nie tylko potencjał spoczynkowy, ale także jest w stanie przewodzić słabe bioprądy, co nazywa się procesem wzbudzenia. Membrany zewnętrzne komórki nerwowe-neurony, otrzymując podrażnienie od receptorów, zaczynają zmieniać ładunki: jony sodu masowo przedostają się do komórki, a powierzchnia plazmalemy staje się elektroujemna. A przyścienna warstwa cytoplazmy z powodu nadmiaru kationów otrzymuje ładunek dodatni. To wyjaśnia, dlaczego zewnętrzna błona komórkowa neuronu jest ładowana, co powoduje przewodzenie Impulsy nerwowe, leżące u podstaw procesu wzbudzenia.

Przez cechy funkcjonalne Błonę komórkową można podzielić na 9 funkcji, które pełni.
Funkcje błony komórkowej:
1. Transport. Transportuje substancje z komórki do komórki;
2. Bariera. Ma selektywną przepuszczalność, zapewnia niezbędny metabolizm;
3. Receptor. Niektóre białka znajdujące się w błonie są receptorami;
4. Mechaniczne. Zapewnia autonomię komórki i jej struktur mechanicznych;
5. Matryca. Zapewnia optymalną interakcję i orientację białek macierzy;
6. Energia. Błony zawierają systemy przenoszenia energii podczas oddychania komórkowego w mitochondriach;
7. Enzymatyczny. Białka błonowe są czasami enzymami. Na przykład błony komórkowe jelit;
8. Znakowanie. Błona zawiera antygeny (glikoproteiny), które umożliwiają identyfikację komórki;
9. Generowanie. Zajmuje się wytwarzaniem i przewodzeniem biopotencjałów.

Jak wygląda błona komórkowa, można zobaczyć na przykładzie budowy komórki zwierzęcej lub komórki roślinnej.

Rysunek przedstawia budowę błony komórkowej.
Składniki błony komórkowej obejmują różne białka błony komórkowej (globulne, obwodowe, powierzchniowe), a także lipidy błony komórkowej (glikolipidy, fosfolipidy). Również w strukturze błony komórkowej znajdują się węglowodany, cholesterol, glikoproteina i białkowa helisa alfa.

Skład błony komórkowej

Główny skład błony komórkowej obejmuje:
1. Białka - odpowiedzialne za różne właściwości błony;
2. Lipidy trzy typy(fosfolipidy, glikolipidy i cholesterol) odpowiedzialne za sztywność błon.
Białka błony komórkowej:
1. Białko globularne;
2. Białko powierzchniowe;
3. Białko obwodowe.

Główny cel błony komórkowej

Główny cel błony komórkowej:
1. Regulują wymianę między komórką a środowiskiem;
2. Oddziel zawartość dowolnej komórki od środowiska zewnętrznego, zapewniając w ten sposób jej integralność;
3. Błony wewnątrzkomórkowe dzielą komórkę na wyspecjalizowane zamknięte przedziały - organelle lub przedziały, w których utrzymywane są określone warunki środowiskowe.

Struktura błony komórkowej

Struktura błony komórkowej jest dwuwymiarowym roztworem globularnych integralnych białek rozpuszczonych w ciekłej matrycy fosfolipidowej. Ten model struktury membrany został zaproponowany przez dwóch naukowców Nicholsona i Singera w 1972 roku. Zatem podstawą błon jest dwucząsteczkowa warstwa lipidowa, o uporządkowanym układzie cząsteczek, jak widać.

Błona komórkowa- jest to błona komórkowa, która spełnia następujące funkcje: oddzielanie zawartości komórki od środowiska zewnętrznego, selektywny transport substancji (wymiana ze środowiskiem zewnętrznym w stosunku do komórki), miejsce niektórych reakcji biochemicznych, łączenie komórek do tkanek i odbioru.

Błony komórkowe dzielą się na plazmowe (wewnątrzkomórkowe) i zewnętrzne. Główną właściwością każdej membrany jest półprzepuszczalność, to znaczy zdolność do przepuszczania tylko niektórych substancji. Pozwala to na selektywną wymianę między komórką a środowiskiem zewnętrznym lub wymianę między przedziałami komórkowymi.

Błony plazmatyczne są strukturami lipoproteinowymi. Lipidy spontanicznie tworzą dwuwarstwę (podwójną warstwę), w której „unoszą się” białka błonowe. Błony zawierają kilka tysięcy różnych białek: strukturalnych, transporterów, enzymów itp. Pomiędzy cząsteczkami białek znajdują się pory, przez które przechodzą substancje hydrofilowe (dwuwarstwa lipidowa uniemożliwia ich bezpośrednie przenikanie do wnętrza komórki). Grupy glikozylowe (monosacharydy i polisacharydy) są przyłączone do niektórych cząsteczek na powierzchni błony, które biorą udział w procesie rozpoznawania komórek podczas tworzenia tkanki.

Membrany różnią się grubością, zwykle w zakresie od 5 do 10 nm. Grubość zależy od wielkości amfifilowej cząsteczki lipidu i wynosi 5,3 nm. Dalszy wzrost grubości błony wynika z wielkości kompleksów białek błonowych. W zależności od warunków zewnętrznych (regulatorem jest cholesterol) struktura dwuwarstwy może się zmieniać tak, że staje się ona bardziej gęsta lub płynna – od tego zależy prędkość przemieszczania się substancji wzdłuż błon.

Błony komórkowe obejmują: błonę komórkową, kariolemę, błony retikulum endoplazmatycznego, aparat Golgiego, lizosomy, peroksysomy, mitochondria, inkluzje itp.

Lipidy są nierozpuszczalne w wodzie (hydrofobowość), ale łatwo rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych i tłuszczach (lipofilowość). Skład lipidów w różnych błonach nie jest taki sam. Na przykład błona plazmatyczna zawiera dużo cholesterolu. Najczęstszymi lipidami w błonie są fosfolipidy (glicerofosfatydy), sfingomieliny (sfingolipidy), glikolipidy i cholesterol.

Fosfolipidy, sfingomieliny, glikolipidy składają się z dwóch grup funkcjonalnych różne części: hydrofobowy niepolarny, który nie przenosi ładunków - „ogony” składające się z kwasów tłuszczowych i hydrofilowy, zawierający naładowane polarne „głowy” - grupy alkoholowe (na przykład glicerol).

Hydrofobowa część cząsteczki składa się zwykle z dwóch kwasów tłuszczowych. Jeden z kwasów jest nasycony, a drugi nienasycony. Określa to zdolność lipidów do spontanicznego tworzenia dwuwarstwowych (bilipidowych) struktur błonowych. Lipidy błonowe pełnią następujące funkcje: barierową, transportową, mikrośrodowiska białek, opór elektryczny membrany.

Błony różnią się między sobą zestawem cząsteczek białka. Wiele białek błonowych składa się z regionów bogatych w aminokwasy polarne (niosące ładunek) i regionów z aminokwasami niepolarnymi (glicyna, alanina, walina, leucyna). Takie białka w warstwach lipidowych membran są rozmieszczone tak, że ich niepolarne sekcje są jakby zanurzone w „tłuszczowej” części membrany, w której znajdują się hydrofobowe sekcje lipidów. Polarna (hydrofilowa) część tych białek oddziałuje z głowami lipidowymi i jest zwrócona w stronę fazy wodnej.

Błony biologiczne mają wspólne właściwości:

membrany to układy zamknięte, które nie pozwalają na mieszanie się zawartości komórki i jej przedziałów. Naruszenie integralności błony może prowadzić do śmierci komórki;

mobilność powierzchowna (płaska, boczna). W membranach następuje ciągły ruch substancji po powierzchni;

asymetria membrany. Struktura warstw zewnętrznych i powierzchniowych jest niejednorodna pod względem chemicznym, strukturalnym i funkcjonalnym.

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. Na podstawie składu chemicznego białka w całości zawarte w warstwie lipidowej (na całej jej długości) zalicza się do białek integralnych. 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. Działki z kwas tłuszczowy 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:

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.