Componentele structurale ale desenului membranei celulare. Structura celulară. Membrana celulara

Membrana celulara - aceasta este membrana celulară care îndeplinește următoarele funcții: separarea conținutului celulei și a mediului extern, transport selectiv de substanțe (schimb cu mediul extern celulei), locul unor reacții biochimice, unirea celulelor în țesuturi și recepție.

Membranele celulare sunt împărțite în plasmă (intracelulară) și externe. Principala proprietate a oricărei membrane este semi-permeabilitatea, adică capacitatea de a trece numai anumite substanțe. Acest lucru permite schimbul selectiv între celulă și mediul extern sau schimbul între compartimentele celulare.

Membranele plasmatice sunt structuri lipoproteice. Lipidele formează spontan un strat dublu (strat dublu), iar proteinele membranei „plutesc” în el. Membranele conțin câteva mii de proteine diferite: structurale, transportoare, enzime etc. Între moleculele proteice se află pori prin care trec substanțele hidrofile (stratul dublu lipidic împiedică pătrunderea lor directă în celulă). Grupările glicozilice (monozaharide și polizaharide) sunt atașate unor molecule de pe suprafața membranei, care sunt implicate în procesul de recunoaștere a celulelor în timpul formării țesuturilor.

Grosimea membranelor variază, de obicei variind de la 5 la 10 nm. Grosimea este determinată de mărimea moleculei de lipide amfifile și este de 5,3 nm. O creștere suplimentară a grosimii membranei se datorează dimensiunilor proteine membranare s complexe. Depinzând de conditii externe(colesterolul este regulatorul) structura stratului dublu se poate modifica astfel încât să devină mai dens sau mai lichid - viteza de mișcare a substanțelor de-a lungul membranelor depinde de aceasta.

Membranele celulare includ: membrana plasmatică, caryolema, membranele reticulului endoplasmatic, aparatul Golgi, lizozomii, peroxizomii, mitocondriile, incluziunile etc.

Lipidele sunt insolubile în apă (hidrofobic), dar ușor solubile în solvenți organici și grăsimi (lipofilitate). Compoziția lipidelor din diferite membrane nu este aceeași. De exemplu, membrana plasmatică conține mult colesterol. Cele mai comune lipide din membrană sunt fosfolipidele (glicerofosfatide), sfingomielinele (sfingolipide), glicolipidele și colesterolul.

Fosfolipidele, sfingomielinele, glicolipidele constau din două funcționale diverse părți: hidrofob nepolar, care nu poartă încărcături - „cozi” formate din acizi grași și hidrofil, care conține „capete” polare încărcate - grupări alcoolice (de exemplu, glicerol).

Partea hidrofobă a moleculei constă de obicei din doi acizi grași. Unul dintre acizi este saturat, iar al doilea este nesaturat. Aceasta determină capacitatea lipidelor de a forma în mod spontan structuri membranare cu două straturi (bilipide). Lipidele membranei îndeplinesc următoarele funcții: barieră, transport, micromediu proteic, rezistență electrică membranelor.

Membranele diferă unele de altele prin setul lor de molecule de proteine. Multe proteine de membrană constau din regiuni bogate în aminoacizi polari (purtători de sarcină) și regiuni cu aminoacizi nepolari (glicină, alanină, valină, leucină). Astfel de proteine din straturile lipidice ale membranelor sunt situate astfel încât secțiunile lor nepolare să fie, parcă, scufundate în partea „grasă” a membranei, unde se află secțiunile hidrofobe ale lipidelor. Partea polară (hidrofilă) a acestor proteine interacționează cu capetele lipidice și se confruntă cu faza apoasă.

Membranele biologice au proprietăți comune:

membranele sunt sisteme închise care nu permit amestecarea conținutului celulei și a compartimentelor acesteia. Încălcarea integrității membranei poate duce la moartea celulelor;

mobilitatea superficială (plană, laterală). În membrane există o mișcare continuă a substanțelor pe suprafață;

asimetria membranei. Structura straturilor exterioare și de suprafață este eterogenă din punct de vedere chimic, structural și funcțional.

Membrana celulara

Imaginea unei membrane celulare. Bilele mici albastre și albe corespund „capetelor” hidrofobe ale fosfolipidelor, iar liniile atașate acestora corespund „cozilor” hidrofile. Figura prezintă doar proteinele membranare integrale (globule roșii și elice galbene). Puncte ovale galbene în interiorul membranei - molecule de colesterol Lanțuri galben-verzui de margele pe exteriorul membranei - lanțuri de oligozaharide care formează glicocalixul

O membrană biologică include, de asemenea, diverse proteine: integrale (pătrund prin membrană), semi-integrale (cufundate la un capăt în stratul lipidic exterior sau interior), suprafață (situată la exterior sau adiacent cu 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. Unele dintre proteinele integrale funcționează ca canale ionice, diverși transportatori și receptori.

Funcții

bariera - asigura metabolismul 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 separarea celulelor și a compartimentelor celulare de mediu inconjuratorși aprovizionându-le cu substanțele necesare.
transportul - transportul substanțelor în și din celulă are loc prin membrană. Transportul prin membrane asigura: livrarea nutrienți, eliminarea produșilor finali metabolici, secreție diverse substanțe, creând gradienți de ioni, menținând concentrația optimă de ioni în celulă care sunt necesari 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 sale 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, sistemele de transfer de energie funcționează în membranele lor, 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. Neurotransmitatori ( substanțe chimice, asigurând conducerea impulsurilor nervoase) se leagă și de proteinele receptorilor speciale ale celulelor 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 acest lucru asigură menținerea diferenței de potențial pe membrană și 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.

Structura și compoziția biomembranelor

Membranele sunt compuse din trei clase de lipide: fosfolipide, glicolipide și colesterol. Fosfolipidele și glicolipidele (lipide cu carbohidrați atașați) constau din două cozi lungi de hidrocarburi hidrofobe care sunt conectate la un cap hidrofil încărcat. Colesterolul confera rigiditate membranei prin ocuparea spatiului liber dintre cozile hidrofobe ale lipidelor si impiedicandu-le sa se indoaie. Prin urmare, membranele cu un conținut scăzut de colesterol sunt mai flexibile, iar cele cu un conținut ridicat de colesterol sunt mai rigide și mai fragile. Colesterolul servește și ca un „oprior” care împiedică mișcarea moleculelor polare din celulă și în celulă. O parte importantă a membranei este formată din proteine care o pătrund și sunt responsabile pentru diferitele proprietăți ale membranelor. Compoziția și orientarea lor diferă în diferite membrane.

Membranele celulare sunt adesea asimetrice, adică straturile diferă în ceea ce privește compoziția lipidelor, tranziția unei molecule individuale de la un strat la altul (așa-numitul flip-flop) este dificil.

Organele membranare

Acestea sunt secțiuni închise unice sau interconectate ale citoplasmei, separate de hialoplasmă prin membrane. Organelele cu o singură membrană includ reticulul endoplasmatic, aparatul Golgi, lizozomii, vacuolele, peroxizomii; la membrane duble - nucleu, mitocondrii, plastide. Structura membranelor diferitelor organite diferă în compoziția lipidelor și a proteinelor membranare.

Permeabilitate selectivă

Membranele celulare au permeabilitate selectivă: glucoza, aminoacizii, acizii grași, glicerolul și ionii difuzează lent prin ele, iar membranele în sine, într-o anumită măsură, reglează activ acest proces - unele substanțe trec, dar altele nu. Există patru mecanisme principale de intrare a substanțelor în celulă sau îndepărtarea lor din celulă în exterior: difuzia, osmoza, transportul activ și exo- sau endocitoza. Primele două procese sunt de natură pasivă, adică nu necesită energie; ultimele doua - procese active legate de consumul de energie.

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.

Vezi si

Literatură

Antonov V.F., Smirnova E.N., Shevchenko E.V. Membrane lipidice în timpul tranzițiilor de fază. - M.: Știință, 1994.
Gennis R. Biomembrane. Structura și funcțiile moleculare: traducere din engleză. = Biomembrane. Structura și funcția moleculară (de Robert B. Gennis). - editia I. - M.: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
Ivanov V.G., Berestovsky T.N. Bistrat lipidic membrane biologice. - M.: Nauka, 1982.
Rubin A.B. Biofizică, manual în 2 vol. - Ediția a III-a, corectată și extinsă. - M.: Editura Universității din Moscova, 2004. -

Membrana celulara

O membrană biologică include, de asemenea, diverse proteine: integrale (pătrund prin membrana), semi-integrală (cufundată la un capăt în stratul lipidic exterior sau interior), de suprafață (situată pe exteriorul sau adiacent părților interioare ale membranei). Unele proteine sunt punctele de contact dintre membrana celulară și citoscheletul din interiorul celulei și peretele celular (dacă există unul) în exterior. Unele dintre proteinele integrale funcționează ca canale ionice, diverși transportatori și receptori.

Funcții

bariera - asigura metabolismul 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 unei membrane la diferiți atomi sau molecule depinde de dimensiunea, sarcina electrică și proprietățile chimice ale acestora. Permeabilitatea selectivă asigură că celulele și compartimentele celulare sunt separate de mediu și aprovizionate cu substanțele necesare.
transportul - transportul substanțelor în și din celulă are loc prin membrană. Transportul prin membrane asigură: livrarea nutrienților, îndepărtarea produselor metabolice finale, secreția diferitelor substanțe, crearea gradienților de ioni, menținerea concentrațiilor optime de ioni 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 dimensiunii lor mari), dar necesare celulei , poate 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 sale 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, sistemele de transfer de energie funcționează în membranele lor, 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 acest lucru asigură menținerea diferenței de potențial pe membrană și 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.

Structura și compoziția biomembranelor

Organele membranare

Permeabilitate selectivă

Vezi si

Literatură

Antonov V.F., Smirnova E.N., Shevchenko E.V. Membrane lipidice în timpul tranzițiilor de fază. - M.: Știință, 1994.
Gennis R. Biomembrane. Structura și funcțiile moleculare: traducere din engleză. = Biomembrane. Structura și funcția moleculară (de Robert B. Gennis). - editia I. - M.: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
Ivanov V.G., Berestovsky T.N. Bistratul lipidic al membranelor biologice. - M.: Nauka, 1982.
Rubin A.B. Biofizică, manual în 2 vol. - Ediția a III-a, corectată și extinsă. - M.: Editura Universității din Moscova, 2004. -

Membrana celulară (membrană plasmatică) este o membrană subțire, semi-permeabilă, care înconjoară celulele.

Funcția și rolul membranei celulare

Funcția sa este de a proteja integritatea interiorului permițând unele substante necesareîn cușcă și să nu permită altora să intre.

De asemenea, servește ca bază pentru atașamentul față de unele organisme și față de altele. Astfel, membrana plasmatică oferă și forma celulei. O altă funcție a membranei este de a regla creșterea celulelor prin echilibru și.

În endocitoză, lipidele și proteinele sunt îndepărtate din membrana celulară pe măsură ce substanțele sunt absorbite. În timpul exocitozei, veziculele care conțin lipide și proteine fuzionează cu membrana celulară, crescând dimensiunea celulei. , iar celulele fungice au membrane plasmatice. Cele interne, de exemplu, sunt, de asemenea, închise în membrane de protecție.

Structura membranei celulare

Membrana plasmatică este compusă în principal dintr-un amestec de proteine și lipide. În funcție de locația și rolul membranei în organism, lipidele pot constitui 20 până la 80% din membrană, restul fiind proteine. În timp ce lipidele ajută la conferirea flexibilității membranei, proteinele controlează și mențin compoziție chimică celulelor și, de asemenea, ajută la transportul moleculelor prin membrană.

Lipidele membranare

Fosfolipidele sunt componenta principală a membranelor plasmatice. Ele formează un dublu strat lipidic în care regiunile capului hidrofile (atrase de apă) se organizează spontan pentru a se confrunta cu citosolul apos și fluidul extracelular, în timp ce regiunile hidrofobe (respinse de apă) ale cozii sunt orientate departe de citosol și fluidul extracelular. Stratul dublu lipidic este semipermeabil, permițând doar unor molecule să difuzeze prin membrană.

Colesterolul este o altă componentă lipidică a membranelor celulare animale. Moleculele de colesterol sunt dispersate selectiv între fosfolipidele membranei. Acest lucru ajută la menținerea rigidității membranelor celulare, împiedicând fosfolipidele să devină prea dense. Colesterolul este absent în membranele celulelor vegetale.

Glicolipidele sunt localizate cu suprafata exterioara membranelor celulare și sunt legate de acestea printr-un lanț de carbohidrați. Ele ajută celula să recunoască alte celule din organism.

Proteinele membranare

Membrana celulară conține două tipuri de proteine asociate. Proteinele membranei periferice sunt externe și sunt asociate cu aceasta prin interacțiunea cu alte proteine. Proteinele membranare integrale sunt introduse în membrană și majoritatea trec prin ele. Părți din aceste proteine transmembranare sunt situate pe ambele părți ale acesteia.

Proteinele membranei plasmatice au un număr de diverse funcții. Proteinele structurale oferă suport și formă celulelor. Proteinele receptorilor de membrană ajută celulele să comunice cu mediul lor extern folosind hormoni, neurotransmițători și alte molecule de semnalizare. Proteinele de transport, cum ar fi proteinele globulare, transportă molecule prin membranele celulare prin difuzie facilitată. Glicoproteinele au atașat un lanț de carbohidrați. Sunt încorporate în membrana celulară, ajutând la schimbul și transportul moleculelor.

Membrane organele

Unele organele celulare sunt, de asemenea, înconjurate de membrane protectoare. miez,