Din ce straturi este formată membrana celulară? Membranele celulare, structura lor. Funcțiile membranei celulare

Celulă- o unitate structurala si functionala autoreglabila a tesuturilor si organelor. Teoria celulei structura organelor și țesuturilor a fost dezvoltată de Schleiden și Schwann în 1839. Ulterior, folosind microscopia electronică și ultracentrifugarea, a fost posibilă determinarea structurii tuturor organelor principale ale celulelor animale și vegetale (Fig. 1).

Orez. 1. Schema structurii unei celule animale

Principalele părți ale unei celule sunt citoplasma și nucleul. Fiecare celulă este înconjurată de o membrană foarte subțire care îi limitează conținutul.

Se numește membrana celulară membrană plasmaticăși se caracterizează prin permeabilitate selectivă. Această proprietate permite nutrienții esențiali și elemente chimice pătrund în celulă, iar produsele în exces o părăsesc. Membrana plasmatică este formată din două straturi de molecule de lipide care conțin proteine ​​specifice. Principalele lipide membranare sunt fosfolipidele. Conțin fosfor, un cap polar și două cozi nepolare de acizi grași cu lanț lung. Lipidele de membrană includ colesterolul și esterii de colesteril. În conformitate cu modelul de structură mozaic lichid, membranele conțin incluziuni de molecule de proteine ​​și lipide care se pot amesteca în raport cu stratul dublu. Pentru fiecare tip de membrană orice celulă animală caracterizată prin compoziția sa lipidică relativ constantă.

Proteinele membranare sunt împărțite în două tipuri în funcție de structura lor: integrale și periferice. Proteinele periferice pot fi îndepărtate din membrană fără a o distruge. Există patru tipuri proteine ​​membranare: proteine ​​de transport, enzime, receptori și proteine ​​structurale. Unele proteine ​​membranare au activitate enzimatica, altele leaga anumite substante si faciliteaza transportul lor in celula. Proteinele oferă mai multe căi de mișcare a substanțelor de-a lungul membranelor: formează pori mari formați din mai multe subunități proteice care permit moleculelor de apă și ionilor să se deplaseze între celule; formează canale ionice specializate pentru mișcarea anumitor tipuri de ioni prin membrană în anumite condiții. Proteinele structurale sunt asociate cu stratul lipidic interior și asigură citoscheletul celulei. Citoscheletul oferă rezistență mecanică membrana celulara. În diferite membrane, proteinele reprezintă între 20 și 80% din masă. Proteinele membranei se pot mișca liber în plan lateral.

Membrana conține, de asemenea, carbohidrați care pot fi legați covalent de lipide sau proteine. Există trei tipuri de carbohidrați de membrană: glicolipide (gangliozide), glicoproteine ​​și proteoglicani. Majoritatea lipidelor membranare sunt în stare lichidă și au o anumită fluiditate, adică. capacitatea de a trece dintr-o zonă în alta. Pe partea exterioară a membranei există locuri receptori care se leagă diverși hormoni. Alte zone specifice ale membranei nu pot recunoaște și lega anumite proteine ​​și diferiți compuși biologic activi care sunt străini acestor celule.

Spațiul intern al celulei este umplut cu citoplasmă, în care au loc majoritatea reacțiilor catalizate de enzime ale metabolismului celular. Citoplasma este formata din doua straturi: cel intern, numit endoplasma, si cel periferic, ectoplasma, care are o vascozitate mare si este lipsita de granule. Citoplasma conține toate componentele unei celule sau organele. Cele mai importante dintre organele celulare sunt reticulul endoplasmatic, ribozomii, mitocondriile, aparatul Golgi, lizozomii, microfilamentele și microtubulii, peroxizomii.

Reticulul endoplasmatic este un sistem de canale și cavități interconectate care pătrund în întreaga citoplasmă. Asigură transportul substanțelor din mediu inconjuratorși în interiorul celulelor. Reticulul endoplasmatic servește, de asemenea, ca depozit pentru ionii intracelulari de Ca 2+ și servește ca loc principal al sintezei lipidelor în celulă.

ribozomi - particule sferice microscopice cu diametrul de 10-25 nm. Ribozomii sunt localizați liber în citoplasmă sau atașați de suprafata exterioara membranele reticulului endoplasmatic și membrana nucleară. Ele interacționează cu mesagerul și ARN-ul de transport, iar sinteza proteinelor are loc în ele. Ele sintetizează proteine ​​care intră în cisterne sau în aparatul Golgi și sunt apoi eliberate în exterior. Ribozomii, localizați liber în citoplasmă, sintetizează proteine ​​pentru a fi utilizate de celula însăși, iar ribozomii asociați cu reticulul endoplasmatic produc proteine ​​care sunt excretate din celulă. Ribozomii sintetizează diverse proteine ​​funcționale: proteine ​​purtătoare, enzime, receptori, proteine ​​​​citoscheletice.

aparate Golgi format dintr-un sistem de tubuli, cisterne și vezicule. Este asociat cu reticulul endoplasmatic, iar substanțele biologic active care intră aici sunt depozitate sub formă compactă în vezicule secretoare. Acestea din urmă sunt separate în mod constant de aparatul Golgi, transportate în membrana celulară și se contopesc cu aceasta, iar substanțele conținute în vezicule sunt îndepărtate din celulă prin procesul de exocitoză.

lizozomi - particule înconjurate de membrană care măsoară 0,25-0,8 microni. Conțin numeroase enzime implicate în descompunerea proteinelor, polizaharidelor, grăsimilor, acizilor nucleici, bacteriilor și celulelor.

Peroxizomii format din reticul endoplasmatic neted, seamănă cu lizozomii și conțin enzime care catalizează descompunerea peroxidului de hidrogen, care este descompus sub influența peroxidazelor și catalazei.

Mitocondriile conțin membrane exterioare și interioare și reprezintă „stația energetică” a celulei. Mitocondriile sunt structuri rotunde sau alungite cu o membrană dublă. Membrana interioară formează pliuri proeminente în mitocondrii - cristae. În ele are loc sinteza ATP, oxidarea substraturilor ciclului Krebs și apar multe reacții biochimice. Moleculele de ATP produse în mitocondrii difuzează în toate părțile celulei. Mitocondriile conțin o cantitate mică de ADN, ARN și ribozomi și, cu participarea lor, are loc reînnoirea și sinteza de noi mitocondrii.

Microfilamente Sunt filamente subțiri de proteine ​​formate din miozină și actină și formează aparatul contractil al celulei. Microfilamentele sunt implicate în formarea pliurilor sau proeminențelor membranei celulare, precum și în mișcarea diferitelor structuri în interiorul celulelor.

Microtubuli formează baza citoscheletului și asigură rezistența acestuia. Citoscheletul conferă celulelor aspectul și forma lor caracteristică și servește ca loc pentru atașarea organitelor intracelulare și a diferitelor corpuri. ÎN celule nervoase fasciculele de microtubuli sunt implicate în transportul de substanțe din corpul celular la capetele axonilor. Cu participarea lor, fusul mitotic funcționează în timpul diviziunii celulare. Ele joacă rolul de elemente motorii în vilozități și flageli la eucariote.

Miez este structura principală a celulei, participă la transmiterea caracteristicilor ereditare și la sinteza proteinelor. Nucleul este înconjurat de o membrană nucleară care conține mulți pori nucleari prin care sunt schimbate diferite substanțe între nucleu și citoplasmă. Există un nucleol în interiorul ei. S-a stabilit rolul important al nucleolului în sinteza ARN-ului ribozomal și a proteinelor histonice. Părțile rămase ale nucleului conțin cromatina, constând din ADN, ARN și o serie de proteine ​​specifice.

Funcțiile membranei celulare

Membranele celulare joacă un rol crucial în reglarea metabolismului intracelular și intercelular. Au permeabilitate selectivă. Structura lor specifică le permite să ofere funcții de barieră, de transport și de reglementare.

Funcția de barieră se manifestă prin limitarea pătrunderii compuşilor dizolvaţi în apă prin membrană. Membrana este impermeabilă la molecule mari de proteine ​​și anioni organici.

Funcția de reglementare membranelor este de a regla metabolismul intracelular ca răspuns la influențele chimice, biologice și mecanice. Diverse influențe sunt percepute de receptorii membranari speciali, cu o modificare ulterioară a activității enzimatice.

Funcția de transport prin membrane biologice se poate realiza pasiv (difuzie, filtrare, osmoza) sau folosind transport activ.

Difuzie - mișcarea unui gaz sau a unei substanțe solubile de-a lungul unui gradient de concentrație și electrochimic. Viteza de difuzie depinde de permeabilitatea membranei celulare, precum și de gradientul de concentrație pentru particulele neîncărcate și de gradienții electrici și de concentrație pentru particulele încărcate. Difuziune simplă are loc prin bistratul lipidic sau prin canale. Particulele încărcate se mișcă conform unui gradient electrochimic, iar particulele neîncărcate se mișcă conform unui gradient chimic. De exemplu, oxigenul pătrunde prin stratul lipidic al membranei prin difuzie simplă, hormoni steroizi, uree, alcool etc. Diferiți ioni și particule se deplasează prin canale. Canalele ionice sunt formate din proteine ​​și sunt împărțite în canale închise și negated. În funcție de selectivitate, se face distincția între cablurile ion-selective, care permit trecerea unui singur ion și canalele care nu au selectivitate. Canalele au un orificiu și un filtru selectiv, iar canalele controlate au un mecanism de poartă.

Difuzare facilitată - un proces în care substanțele sunt transportate printr-o membrană folosind proteine ​​speciale de transport membranar. În acest fel, aminoacizii și monozaharidele pătrund în celulă. Acest tip de transport are loc foarte repede.

osmoza - mișcarea apei prin membrană de la o soluție cu o presiune mai mică la o soluție cu o presiune osmotică mai mare.

Transport activ - transportul substanțelor față de un gradient de concentrație folosind ATPazele de transport (pompe ionice). Acest transfer are loc cu cheltuirea energiei.

Pompele Na + /K + -, Ca 2+ - și H + - au fost studiate într-o măsură mai mare. Pompele sunt amplasate pe membranele celulare.

Un tip de transport activ este endocitozaȘi exocitoză. Folosind aceste mecanisme sunt transportate substanțe mai mari (proteine, polizaharide, acizi nucleici) care nu pot fi transportate prin canale. Acest transport este mai frecvent în celulele epiteliale intestinale, tubii renali și endoteliul vascular.

LaÎn endocitoză, membranele celulare formează invaginări în celulă, care, atunci când sunt eliberate, se transformă în vezicule. În timpul exocitozei, veziculele cu conținutul lor sunt transferate în membrana celulară și se îmbină cu aceasta, iar conținutul veziculelor este eliberat în mediul extracelular.

Structura și funcțiile membranei celulare

Pentru a înțelege procesele care asigură existența potențialelor electrice în celulele vii, trebuie mai întâi să înțelegeți structura membranei celulare și proprietățile acesteia.

În prezent, cel mai larg acceptat este modelul mozaic lichid al membranei, propus de S. Singer și G. Nicholson în 1972. Membrana are la bază un strat dublu de fosfolipide (bistrat), fragmentele hidrofobe ale moleculei cărora sunt scufundate în grosimea membranei, iar grupările hidrofile polare sunt orientate spre exterior, cele. în împrejurimi mediu acvatic(Fig. 2).

Proteinele membranei sunt localizate pe suprafața membranei sau pot fi încorporate la adâncimi diferite în zona hidrofobă. Unele proteine ​​se întind pe membrana, iar pe ambele părți ale membranei celulare se găsesc grupuri hidrofile diferite ale aceleiași proteine. Proteinele găsite în membrana plasmatică joacă un rol foarte important: participă la formarea canalelor ionice, joacă rolul pompelor membranare și transportatoare de diferite substanțe și pot îndeplini, de asemenea, o funcție de receptor.

Principalele funcții ale membranei celulare: barieră, transport, reglare, catalitică.

Funcția de barieră este de a limita difuzia prin membrana a compușilor solubili în apă, ceea ce este necesar pentru a proteja celulele de străini, substante toxiceși menținerea unui conținut relativ constant de diferite substanțe în interiorul celulelor. Astfel, membrana celulară poate încetini difuzia diferitelor substanțe de 100.000-10.000.000 de ori.

Orez. 2. Diagrama tridimensională a modelului lichid-mozaic al membranei Singer-Nicholson

Sunt reprezentate proteine ​​integrale globulare încorporate într-un strat dublu lipidic. Unele proteine ​​sunt canale ionice, altele (glicoproteine) conțin lanțuri laterale de oligozaharide care sunt implicate în recunoașterea celulelor între ele și în țesutul intercelular. Moleculele de colesterol sunt aproape adiacente capetelor fosfolipidelor și fixează secțiunile adiacente ale „cozilor”. Secțiunile interne ale cozilor moleculei de fosfolipide nu sunt limitate în mișcarea lor și sunt responsabile pentru fluiditatea membranei (Bretscher, 1985)

Membrana conține canale prin care ionii pătrund. Canalele pot fi dependente de tensiune sau independente de potențial. Canale dependente de tensiune deschis când diferența de potențial se modifică și potenţial independent(reglate hormonal) se deschid atunci când receptorii interacționează cu substanțele. Canalele pot fi deschise sau închise datorită porților. Două tipuri de porți sunt încorporate în membrană: activare(adânc în canal) și inactivare(pe suprafața canalului). Poarta poate fi în una dintre cele trei stări:

• stare deschisă (ambele tipuri de porți sunt deschise);
• stare închisă (poarta de activare închisă);
• stare de inactivare (poarta de inactivare închisă).

O alta trăsătură caracteristică membrane este capacitatea de a efectua transfer selectiv de ioni anorganici, nutrienți, precum și diferite produse metabolice. Există sisteme de transfer (transport) pasiv și activ al substanțelor. Pasiv transportul are loc prin canale ionice cu sau fără ajutorul proteinelor purtătoare, iar acesta forta motrice este diferenta potențiale electrochimice ionii dintre spațiul intra și extracelular. Selectivitatea canalelor ionice este determinată de parametrii săi geometrici și de natura chimică a grupurilor care căptușesc pereții canalului și gura acestuia.

În prezent, cele mai bine studiate canale sunt cele care sunt selectiv permeabile la ionii Na + , K + , Ca 2+ și, de asemenea, la apă (așa-numitele acvaporine). Diametrul canalelor ionice, conform diverselor studii, este de 0,5-0,7 nm. Capacitatea canalului poate varia; printr-un canal ionic pot trece 107 - 108 ioni pe secundă.

Activ transportul are loc cu cheltuirea energiei și este realizat de așa-numitele pompe ionice. Pompele de ioni sunt structuri de proteine ​​moleculare încorporate într-o membrană care transportă ionii către un potențial electrochimic mai mare.

Pompele funcționează folosind energia hidrolizei ATP. In prezent, Na+/K+ - ATPaza, Ca 2+ - ATPaza, H + - ATPaza, H + /K + - ATPaza, Mg 2+ - ATPaza, care asigura miscarea ionilor de Na +, K +, respectiv Ca 2+ , au fost bine studiate, H+, Mg2+ izolate sau conjugate (Na+ și K+; H+ și K+). Mecanismul molecular transportul activ nu este pe deplin înțeles.

Membrana celulara.

Membrana celulară separă conținutul oricărei celule de mediul extern, asigurând integritatea acesteia; reglează schimbul dintre celulă și mediu; membranele intracelulare împart celula în compartimente închise specializate - compartimente sau organite, în care sunt menținute anumite condiții de mediu.

Structura.

Membrana celulară este un strat dublu (dublu strat) de molecule din clasa lipidelor (grăsimi), dintre care majoritatea sunt așa-numitele lipide complexe - fosfolipide. Moleculele de lipide au o parte hidrofilă („cap”) și una hidrofobă („coadă”). Când se formează membrane, regiunile hidrofobe ale moleculelor se întorc spre interior, iar regiunile hidrofile se întorc spre exterior. Membranele sunt structuri care sunt foarte asemănătoare în diferite organisme. Grosimea membranei este de 7-8 nm. (10−9 metri)

Hidrofilia- capacitatea unei substanțe de a fi umezită cu apă.
Hidrofobicitate- incapacitatea unei substanțe de a fi umezită cu apă.

Membrana biologică include, de asemenea, diferite proteine:
- integral (perforarea membranei)
- semi-integral (cufundat la un capăt în stratul lipidic exterior sau interior)
- superficial (situat la exterior sau adiacent laturile interne membrane).
Unele proteine ​​sunt punctele de contact dintre membrana celulară și citoscheletul din interiorul celulei și peretele celular (dacă există unul) în exterior.

Citoscheletul- un cadru celular în interiorul unei celule.

Funcții.

1) Bariera- asigura un metabolism reglat, selectiv, pasiv si activ cu mediul.

2) Transport- transportul substantelor in si in afara celulei are loc prin membrana.Matricea - asigura o anumita pozitie relativa si orientare a proteinelor membranare, interactiunea optima a acestora.

3) mecanic- asigura autonomia celulei, structurile ei intracelulare, precum si legatura cu alte celule (in tesuturi).Substanta intercelulara joaca un rol major in asigurarea functiei mecanice.

4) Receptor- unele proteine ​​situate in membrana sunt receptori (molecule cu ajutorul carora celula percepe anumite semnale).

De exemplu, hormonii care circulă în sânge acționează doar asupra celulelor țintă care au receptori corespunzători acestor hormoni. Neurotransmitatori ( substanțe chimice, asigurând conducerea impulsurilor nervoase) se leagă și de proteinele receptorilor speciale ale celulelor țintă.

Hormonii- substanțe chimice de semnalizare biologic active.

5) Enzimatic- proteinele membranare sunt adesea enzime. De exemplu, membranele plasmatice ale celulelor epiteliale intestinale conțin enzime digestive.

6) Implementarea generarii si conducerii biopotentialelor.
Cu ajutorul membranei, în celulă se menține o concentrație constantă de ioni: concentrația ionului K+ în interiorul celulei este mult mai mare decât în ​​exterior, iar concentrația Na+ este mult mai mică, ceea ce este foarte important, deoarece acest lucru asigură menținerea diferenței de potențial pe membrană și generarea unui impuls nervos.

Impuls nervos – o undă de excitație transmisă de-a lungul unei fibre nervoase.

7) Marcarea celulelor- există antigene pe membrană care acționează ca markeri - „etichete” care permit identificarea celulei. Acestea sunt glicoproteine ​​(adică proteine ​​cu lanțuri laterale de oligozaharide ramificate atașate la acestea) care joacă rolul de „antene”. Datorită multitudinii de configurații ale lanțurilor laterale, este posibil să se facă un marker specific pentru fiecare tip de celulă. Cu ajutorul markerilor, celulele pot recunoaște alte celule și pot acționa împreună cu acestea, de exemplu, în formarea organelor și țesuturilor. Acest lucru permite, de asemenea sistem imunitar recunoaște antigenele străine.

Caracteristici de permeabilitate.

Membrane celulare au permeabilitate selectivă: pătrund încet prin ele în moduri diferite:

• Glucoza este principala sursă de energie.
• Aminoacizii sunt elementele de bază care formează toate proteinele din organism.
• Acizi grași – funcții structurale, energetice și alte funcții.
• Glicerol – determină organismul să rețină apa și reduce producția de urină.
• Ionii sunt enzime pentru reacții.

Mai mult decât atât, membranele în sine, într-o anumită măsură, reglează activ acest proces - unele substanțe trec, în timp ce altele nu. Există patru mecanisme principale pentru intrarea substanțelor în celulă sau îndepărtarea lor din celulă în exterior:

Mecanisme de permeabilitate pasivă:

1) Difuzia.

O variantă a acestui mecanism este difuzia facilitată, în care o moleculă specifică ajută o substanță să treacă prin membrană. Această moleculă poate avea un canal care permite trecerea unui singur tip de substanță.

Difuzie- procesul de penetrare reciprocă a moleculelor unei substanțe între moleculele alteia.

Osmoză– procesul de difuzie unidirecțională printr-o membrană semipermeabilă a moleculelor de solvent către o concentrație mai mare a solutului.

Membrana din jurul unei celule sanguine normale este permeabilă doar la moleculele de apă, oxigen, unele dintre substanțele nutritive dizolvate în sânge și deșeurile celulare.

Mecanisme active de permeabilitate:

1) Transport activ.

Transport activ– transferul unei substanțe dintr-o zonă de concentrație scăzută într-o zonă de concentrație mare.

Transportul activ necesită energie, deoarece are loc dintr-o zonă de concentrație scăzută într-o zonă de concentrație mare. Există proteine ​​speciale de pompă pe membrană care pompează activ ionii de potasiu (K+) în celulă și pompează ionii de sodiu (Na+) din ea, folosind ATP ca energie.

ATP– o sursă universală de energie pentru toate procesele biochimice. .(mai multe mai târziu)

2) Endocitoza.

Particulele care din anumite motive nu pot traversa membrana celulară, dar sunt necesare celulei, pot pătrunde în membrană prin endocitoză.

Endocitoza– procesul de preluare a materialului extern de către o celulă.

Permeabilitatea selectivă a membranei în timpul transportului pasiv se datorează unor canale speciale - proteine ​​integrale. Ele pătrund prin membrană, formând un fel de trecere. Elementele K, Na și Cl au propriile lor canale. În raport cu gradientul de concentrație, moleculele acestor elemente se deplasează în interior și în afara celulei. Când sunt iritate, canalele ionice de sodiu se deschid și are loc un aflux brusc de ioni de sodiu în celulă. În acest caz, apare un dezechilibru al potențialului membranei. După care se reface potențialul de membrană. Canalele de potasiu sunt întotdeauna deschise, permițând ionilor de potasiu să intre încet în celulă.

Structura membranei

Permeabilitate

Transport activ

Osmoză

Endocitoza

Membrana celulară este o peliculă ultrasubțire pe suprafața unei celule sau a unui organel celular, constând dintr-un strat bimolecular de lipide cu proteine ​​și polizaharide încorporate.

Functiile membranei:

• · Bariera – asigura un metabolism reglat, selectiv, pasiv si activ cu mediul. De exemplu, membrana peroxizomală protejează citoplasma de peroxizii care sunt periculoși pentru celulă. Permeabilitatea selectivă înseamnă că permeabilitatea membranei la diferiți atomi sau molecule depinde de dimensiunea, sarcina electrică și proprietăți chimice. Permeabilitatea selectivă asigură că celulele și compartimentele celulare sunt separate de mediu și alimentate cu substante necesare.
• · Transportul - transportul substanțelor în și în afara celulei are loc prin membrană. Transportul prin membrane asigură: livrarea nutrienților, îndepărtarea produselor finite metabolice, secreția diferitelor substanțe, crearea gradienților de ioni, menținerea pH-ului optim și a concentrațiilor ionice în celulă, care sunt necesare pentru funcționarea enzimelor celulare. Particule care, din orice motiv, nu pot traversa stratul dublu fosfolipidic (de exemplu, din cauza proprietăților hidrofile, deoarece membrana din interior este hidrofobă și nu permite trecerea substanțelor hidrofile sau datorită dimensiuni mari), dar necesare celulei, pot pătrunde în membrană prin proteine ​​transportoare speciale (transportatori) și proteine ​​canale sau prin endocitoză. În transportul pasiv, substanțele traversează stratul dublu lipidic fără a consuma energie de-a lungul unui gradient de concentrație prin difuzie. O variantă a acestui mecanism este difuzia facilitată, în care o moleculă specifică ajută o substanță să treacă prin membrană. Această moleculă poate avea un canal care permite trecerea unui singur tip de substanță. Transportul activ necesită energie, deoarece are loc împotriva unui gradient de concentrație. Există proteine ​​speciale de pompă pe membrană, inclusiv ATPaza, care pompează activ ionii de potasiu (K +) în celulă și pompează ionii de sodiu (Na +) din ea.
• · matrice - asigură o anumită poziție relativă și orientare a proteinelor membranare, interacțiunea optimă a acestora.
• · mecanic - asigură autonomia celulei, structurile ei intracelulare, precum și legătura cu alte celule (în țesuturi). Pereții celulari joacă un rol major în asigurarea funcției mecanice, iar la animale, substanța intercelulară.
• · energie - în timpul fotosintezei în cloroplaste și a respirației celulare în mitocondrii, în membranele lor funcționează sisteme de transfer de energie, la care participă și proteinele;
• · receptor - unele proteine ​​situate în membrană sunt receptori (molecule cu ajutorul cărora celula percepe anumite semnale). De exemplu, hormonii care circulă în sânge acționează doar asupra celulelor țintă care au receptori corespunzători acestor hormoni. Neurotransmițătorii (substanțe chimice care asigură conducerea impulsurilor nervoase) se leagă și de proteinele receptorilor speciale din celulele țintă.
• · enzimatice - proteinele membranare sunt adesea enzime. De exemplu, membranele plasmatice ale celulelor epiteliale intestinale conțin enzime digestive.
• · implementarea generarii si conducerii biopotentialelor. Cu ajutorul membranei, în celulă se menține o concentrație constantă de ioni: concentrația ionului K + în interiorul celulei este mult mai mare decât în ​​exterior, iar concentrația Na + este mult mai mică, ceea ce este foarte important, deoarece aceasta asigura mentinerea diferentei de potential pe membrana si generarea unui impuls nervos.
• · marcarea celulelor – există antigene pe membrană care acționează ca markeri – „etichete” care permit identificarea celulei. Acestea sunt glicoproteine ​​(adică proteine ​​cu lanțuri laterale de oligozaharide ramificate atașate la acestea) care joacă rolul de „antene”. Datorită multitudinii de configurații ale lanțurilor laterale, este posibil să se facă un marker specific pentru fiecare tip de celulă. Cu ajutorul markerilor, celulele pot recunoaște alte celule și pot acționa împreună cu acestea, de exemplu, în formarea organelor și țesuturilor. Acest lucru permite, de asemenea, sistemului imunitar să recunoască antigenele străine.

Unele molecule proteice difuzează liber în planul stratului lipidic; în stare normală, părți din moleculele proteice care ies de-a lungul laturi diferite membrana celulară nu își schimbă poziția.

Morfologia specială a membranelor celulare determină caracteristicile electrice ale acestora, dintre care cele mai importante sunt capacitatea și conductibilitatea.

Proprietățile capacitive sunt determinate în principal de stratul dublu fosfolipidic, care este impermeabil la ionii hidratați și, în același timp, suficient de subțire (aproximativ 5 nm) pentru a asigura separarea și stocarea eficientă a sarcinii și interacțiunea electrostatică a cationilor și anionilor. În plus, proprietățile capacitive ale membranelor celulare sunt unul dintre motivele care determină caracteristicile de timp ale proceselor electrice care au loc pe membranele celulare.

Conductivitate (g) -- reciprocă rezistență electricăși egal cu raportul dintre curentul transmembranar total pentru un ion dat și valoarea care i-a determinat diferența de potențial transmembranar.

Poate difuza prin stratul dublu fosfolipidic diverse substanțe, iar gradul de permeabilitate (P), adică capacitatea membranei celulare de a trece aceste substanțe, depinde de diferența de concentrații ale substanței care difuzează pe ambele părți ale membranei, de solubilitatea acesteia în lipide și de proprietățile celulei. membrană. Viteza de difuzie pentru ionii încărcați în condiții câmp constantîn membrană este determinată de mobilitatea ionilor, grosimea membranei și distribuția ionilor în membrană. Pentru nonelectroliți, permeabilitatea membranei nu afectează conductivitatea acesteia, deoarece neelectroliții nu poartă sarcini, adică nu pot transporta curent electric.

Conductivitatea unei membrane este o măsură a permeabilității sale ionice. O creștere a conductibilității indică o creștere a numărului de ioni care trec prin membrană.

Proprietate importantă membrane biologice- fluiditate. Toate membranele celulare sunt structuri fluide mobile: majoritatea moleculele lor constitutive de lipide și proteine ​​sunt capabile să se miște destul de repede în planul membranei

Membrana celulară este structura care acoperă exteriorul celulei. Se mai numește și citolemă sau plasmalemă.

Această formațiune este construită dintr-un strat bilipid (bistrat) cu proteine ​​​​încorporate în el. Carbohidrații care alcătuiesc plasmalema sunt în stare legată.

Distribuția principalelor componente ale plasmalemei este următoarea: mai mult de jumătate din compoziția chimică este proteine, un sfert este ocupat de fosfolipide și o zecime este colesterol.

Membrana celulară și tipurile sale

Membrana celulară este o peliculă subțire, a cărei bază este formată din straturi de lipoproteine ​​și proteine.

În funcție de localizare, se disting organele membranare, care au unele caracteristici în celulele vegetale și animale:

• mitocondriile;
• miez;
• reticul endoplasmatic;
• complexul Golgi;
• lizozomi;
• cloroplaste (în celulele vegetale).

Există, de asemenea, o membrană celulară interioară și exterioară (plasmolema).

Structura membranei celulare

Membrana celulară conține carbohidrați care o acoperă sub formă de glicocalix. Aceasta este o structură supramembranară care îndeplinește o funcție de barieră. Proteinele situate aici sunt în stare liberă. Proteinele nelegate participă la reacțiile enzimatice, asigurând descompunerea extracelulară a substanțelor.

Proteinele membranei citoplasmatice sunt reprezentate de glicoproteine. De compoziție chimică secretă proteine ​​incluse în stratul lipidic complet (pe toată lungimea sa) - proteine ​​integrale. Tot periferic, neatingând una dintre suprafețele plasmalemei.

Primele funcționează ca receptori, legându-se de neurotransmițători, hormoni și alte substanțe. Proteinele de inserție sunt necesare pentru construirea canalelor ionice prin care are loc transportul ionilor și al substraturilor hidrofile. Acestea din urmă sunt enzime care catalizează reacțiile intracelulare.

Proprietățile de bază ale membranei plasmatice

Stratul dublu lipidic împiedică pătrunderea apei. Lipidele sunt compuși hidrofobi reprezentați în celulă de fosfolipide. Grupul fosfat este orientat spre exterior și este format din două straturi: cel exterior, direcționat către mediul extracelular, și cel interior, delimitând conținutul intracelular.

Zonele solubile în apă se numesc capete hidrofile. Locurile de acizi grași sunt direcționate în celulă, sub formă de cozi hidrofobe. Partea hidrofobă interacționează cu lipidele vecine, ceea ce asigură atașarea acestora între ele. Stratul dublu are permeabilitate selectivă în diferite zone.

Deci, în mijloc membrana este impermeabilă la glucoză și uree; aici trec liber substanțe hidrofobe: dioxid de carbon, oxigen, alcool. Colesterolul este important; conținutul acestuia din urmă determină vâscozitatea plasmalemei.

Funcțiile membranei celulare exterioare

Caracteristicile funcțiilor sunt enumerate pe scurt în tabel:

Funcția membranei	Descriere
Rol de barieră	Plasmalema îndeplinește o funcție de protecție, protejând conținutul celulei de efectele agenților străini. Datorită organizării speciale a proteinelor, lipidelor și carbohidraților, este asigurată semipermeabilitatea plasmalemei.
Funcția receptorului	Activarea are loc biologic prin membrana celulară substanțe activeîn procesul de legare la receptori. Astfel, reacțiile imune sunt mediate prin recunoașterea agenților străini de către aparatul receptor celular localizat pe membrana celulară.
Funcția de transport	Prezența porilor în plasmalemă vă permite să reglați fluxul de substanțe în celulă. Procesul de transfer are loc pasiv (fără consum de energie) pentru compușii cu greutate moleculară mică. Transportul activ este asociat cu consumul de energie eliberat în timpul descompunerii adenozin trifosfatului (ATP). Aceasta metoda are loc pentru transferul compuşilor organici.
Participarea la procesele digestive	Substanțele se depun pe membrana celulară (sorbție). Receptorii se leagă de substrat, mutându-l în celulă. Se formează un balon, care se află liber în interiorul celulei. Fuzionarea, astfel de vezicule formează lizozomi cu enzime hidrolitice.
Funcția enzimatică	Enzimele sunt componente esențiale ale digestiei intracelulare. Reacțiile care necesită participarea catalizatorilor apar cu participarea enzimelor.

Care este importanța membranei celulare

Membrana celulară este implicată în menținerea homeostaziei datorită selectivității ridicate a substanțelor care intră și ies din celulă (în biologie aceasta se numește permeabilitate selectivă).

Excrescențe ale plasmalemei împart celula în compartimente (compartimente) responsabile cu îndeplinirea anumitor funcții. Membrane special concepute corespunzătoare modelului fluid-mozaic asigură integritatea celulei.

Membrana celulară este una dintre cele mai importante organite, servind ca un fel de barieră între o anumită celulă și mediul extern. Denumirile științifice sunt plasmalema, citolema sau membrana plasmatică. Prin ea celula interacționează cu mediul extern, prin el celulele ajung în interior. nutrienți, iar ceea ce a fost deja procesat iese în evidență. Plasmalema are o structură destul de complexă și îndeplinește, de asemenea, multe funcții în organism. Acest articol va discuta în detaliu membrana celulară și structura acesteia.

Acest organoid a fost descoperit relativ recent, abia la începutul secolului XX. Descoperirea a fost făcută de oamenii de știință germani - Gorter și Grendel. De-a lungul secolului precedent, oamenii de știință au studiat în mod activ citolema; au fost prezentate diverse teorii despre structura sa, care au fost infirmate de-a lungul timpului, iar altele noi le-au luat locul. Și numai în anii șaptezeci au fost oamenii de știință capabili să-i determine în mod fiabil structura.

Deci, din ce constă membrana celulară? Prin numeroase studii s-a constatat că este format din trei straturi. Straturile superioare și inferioare sunt secțiuni necontinue de asociații de molecule proteice, iar stratul interior, dimpotrivă, este continuu, format din grăsimi; este cel principal, datorită căruia se asigură izolarea de mediul extern. Stratul de grasime include doua randuri de lipide (altfel se numeste bilipid).

Următoarele tipuri de lipide sunt prezente în citolemă:

• fosfolipide (grăsimi și fosfor);
• glicolipide (grăsimi și carbohidrați);
• colesterolul

Straturile proteice exterior și interior servesc pentru a se asigura că substanțele care nu pot pătrunde în interior prin stratul de grăsime pot ajunge acolo prin aceste straturi, adică reprezintă „încrucișări” pentru substanțele solubile în apă.

Deci, membrana celulară este formată din trei niveluri, dintre care două sunt transportoare deosebite pentru substanțele care nu pot pătrunde prin al treilea nivel, care este cel principal, aceasta este bariera care izolează conținutul intern, dar în același timp asigură și legătura cu alte celule, la urma urmei, prin ea intră cantitatea principală de nutrienți.

De asemenea, este important să înțelegem că membrana celulară și perete celular- acestea sunt organite diferite. Există multe diferențe și sunt semnificative, peretele este situat deasupra citolemei, servește ca protecție împotriva deteriorare mecanică si presiune. Funcțiile citolemei, la rândul lor, sunt diferite.

Urmăriți un videoclip despre membrana celulară și funcțiile acesteia.

Funcțiile membranei celulare includ:

1. Barieră. Servește drept filtru natural pentru moleculele care sunt pe cale să pătrundă în interior, permite trecerea doar celor care îndeplinesc anumiți parametri.
2. De protecţie. Deoarece majoritatea animalelor nu au un perete celular, plasmalema servește și ca protecție împotriva stresului mecanic și previne deteriorarea. Membrana celulară dintr-o celulă vegetală nu îndeplinește o funcție similară, deoarece celulele vegetale au un perete structurat complex care le poate proteja.
3. Matrice. Responsabil de aranjarea organelelor interne unul față de celălalt pentru a menține echilibrul intern necesar pentru activitatea deplină.
4. Transport. Controlează complet schimbul de substanțe necesare cu mediul extern și, datorită caracteristicilor sale speciale, îi ajută pe cei care sunt necesare vieții, dar în același timp nu pot pătrunde singuri în interior.
5. Enzimatic. Necesar pentru producerea de enzime necesare, de exemplu, pentru digerarea alimentelor.
6. Receptor. Necesar pentru primirea semnalelor despre ceea ce se întâmplă în mediul extern.
7. Marcare. Fiecare celulă este unică, iar celulele sunt capabile să se recunoască între ele, acest lucru este necesar pentru a interacționa între ele. Recunoașterea are loc datorită structurii citolemei, care nu se repetă.

Citolema oricărei creaturi vii îndeplinește în esență același număr de funcții, cu doar mici variații, indiferent dacă citolema este luată în considerare: un animal, un om, o insectă sau membrana celulară a unei plante.

Concluzii despre plasmalema

După ce am examinat structura și funcțiile acestui organel, se poate observa că membrana celulară are caracteristici care nu sunt caracteristice altor componente ale celulei. Descoperirea sa la începutul secolului trecut a contribuit la dezvoltare ulterioară medicina, a servit drept cheie pentru înțelegerea multor boli umane, precum și a metodelor de tratare a acestora.

Membrana celulară este caracteristică celulelor fiecărui organism. Servește ca protecție și, de asemenea, funcționează foarte bine funcții importante, deoarece prin ea pătrund diferite substanțe în interior. Pentru ca acest organel să funcționeze normal și, în consecință, pentru ca celula în ansamblu să funcționeze normal, este necesar ca organismul să mențină condiții care să nu interfereze cu activitatea sa.

După cum se știe, membrana este plasmatică, structura sa constă din multe canale, datorită cărora se asigură schimbul cu mediul extern. Oamenii de știință au descoperit că pentru funcționarea normală, în special pentru a se asigura că celula nu începe să degenereze într-una canceroasă, este necesar ca canalele plasmalemei să funcționeze corect, să nu se înfunde și să nu permită trecerea moleculelor necorespunzătoare. prin.

• alimentație adecvată;
• plimbări regulate pe aer proaspat;
• menținerea echilibrului hidric al organismului.

Acest lucru este uimitor, dar este tocmai un organel aparent nesemnificativ care poate influența foarte mult bunăstarea și sănătatea unei persoane. Prin urmare, descoperirea plasmalemei a fost un mare pas înainte pentru știința biologică.

Crezi că membrana celulară joacă cel mai important rol în funcționarea celulei sau există componente mai importante? Împărtășește-ți părerea despre