Funcțiile de bază ale membranei celulare. Structura și funcțiile membranelor biologice

Marea majoritate a organismelor care trăiesc pe Pământ sunt formate din celule care sunt în mare măsură similare compoziție chimică, structura și activitatea de viață. Metabolismul și conversia energiei au loc în fiecare celulă. Diviziunea celulară stă la baza proceselor de creștere și reproducere a organismelor. Astfel, celula este o unitate de structură, dezvoltare și reproducere a organismelor.

O celulă poate exista doar ca un sistem integral, indivizibil în părți. Integritatea celulară este asigurată de membranele biologice. O celulă este un element al unui sistem de rang superior - un organism. Părțile celulare și organelele, constând din molecule complexe, reprezintă sisteme integrale de rang inferior.

Celula este un sistem deschis conectat cu mediul prin schimbul de substanțe și energie. Acest sistem functional, în care fiecare moleculă îndeplinește funcții specifice. Celula are stabilitate, capacitatea de a se autoregla și de a se auto-reproduce.

Celula este un sistem autonom. Sistemul genetic de control al unei celule este reprezentat de macromolecule complexe - acizi nucleici (ADN și ARN).

În 1838-1839 Biologii germani M. Schleiden și T. Schwann au rezumat cunoștințele despre celulă și au formulat poziția principală teoria celulei, a cărui esență este că toate organismele, atât vegetale, cât și animale, sunt formate din celule.

În 1859, R. Virchow a descris procesul de diviziune celulară și a formulat una dintre cele mai importante prevederi ale teoriei celulare: „Fiecare celulă provine dintr-o altă celulă”. Celulele noi se formează ca rezultat al diviziunii celulei mamă, și nu din substanță necelulară, așa cum se credea anterior.

Descoperirea ouălor de mamifere de către omul de știință rus K. Baer în 1826 a condus la concluzia că celula stă la baza dezvoltării organismelor multicelulare.

Teoria celulară modernă include următoarele prevederi:

1) celulă - unitatea de structură și dezvoltare a tuturor organismelor;

2) celulele organismelor din diferite regate ale naturii vii sunt similare ca structură, compoziție chimică, metabolism și manifestări de bază ale activității vieții;

3) se formează celule noi ca rezultat al diviziunii celulei mamă;

4) într-un organism multicelular, celulele formează țesuturi;

5) organele sunt formate din tesuturi.

Odată cu introducerea în biologia modernă biologică, fizică și metode chimice Cercetările au făcut posibilă studierea structurii și funcționării diferitelor componente celulare. Una dintre metodele de studiu a celulelor este microscopie. Un microscop cu lumină modern mărește obiectele de 3000 de ori și vă permite să vedeți cele mai mari organele celulare, să observați mișcarea citoplasmei și diviziunea celulară.

Inventat în anii 40. secolul XX Un microscop electronic oferă o mărire de zeci și sute de mii de ori. Un microscop electronic folosește un flux de electroni în loc de lumină și în loc de lentile - câmpuri electromagnetice. Prin urmare, un microscop electronic produce imagini clare la măriri mult mai mari. Folosind un astfel de microscop, a fost posibil să se studieze structura organelelor celulare.

Structura și compoziția organelelor celulare sunt studiate folosind metoda centrifugare. Țesuturile tăiate cu membrane celulare distruse sunt plasate în eprubete și rotite într-o centrifugă la viteză mare. Metoda se bazează pe faptul că diferiți organoizi celulari au masă diferită si densitate. Organele mai dense sunt depuse într-o eprubetă la viteze mici de centrifugare, cele mai puțin dense - la viteze mari. Aceste straturi sunt studiate separat.

Utilizate pe scară largă metoda culturii celulare si tisulare, care constă în faptul că dintr-una sau mai multe celule pe un mediu nutritiv special se poate obține un grup de același tip de celule animale sau vegetale și chiar crește o plantă întreagă. Folosind această metodă, puteți obține un răspuns la întrebarea cum se formează diferite țesuturi și organe ale corpului dintr-o singură celulă.

Principiile de bază ale teoriei celulare au fost formulate pentru prima dată de M. Schleiden și T. Schwann. O celulă este o unitate de structură, activitate vitală, reproducere și dezvoltare a tuturor organismelor vii. Pentru studiul celulelor se folosesc metode de microscopie, centrifugare, cultura celulară și tisulară etc.

Celulele ciupercilor, plantelor și animalelor au multe în comun nu numai în compoziția chimică, ci și în structură. Când examinăm o celulă la microscop, în ea sunt vizibile diferite structuri - organoizi. Fiecare organel îndeplinește funcții specifice. Există trei părți principale într-o celulă: membrana plasmatică, nucleul și citoplasma (Figura 1).

Membrană plasmatică separă celula și conținutul ei de mediu. În figura 2 vedeți: membrana este formată din două straturi de lipide, iar moleculele de proteine ​​pătrund în grosimea membranei.

Funcția principală a membranei plasmatice transport. Acesta asigură fluxul de nutrienți în celulă și îndepărtarea produselor metabolice din aceasta.

O proprietate importantă a membranei este permeabilitate selectivă, sau semi-permeabilitatea, permite celulei să interacționeze cu mediul: doar anumite substanțe intră și sunt îndepărtate din acesta. Molecule mici de apă și alte substanțe pătrund în celulă prin difuzie, parțial prin porii din membrană.

Zaharurile, acizii organici și sărurile sunt dizolvate în citoplasmă, seva celulară a vacuolelor unei celule vegetale. În plus, concentrația lor în celulă este semnificativ mai mare decât în mediu inconjurator. Cu cât concentrația acestor substanțe în celulă este mai mare, cu atât absoarbe mai multă apă. Se știe că apa este consumată constant de către celulă, din cauza căreia concentrația de seva celulară crește și apa intră din nou în celulă.

Intrarea în celulă a moleculelor mai mari (glucoză, aminoacizi) este asigurată de proteinele transportoare membranare, care, combinându-se cu moleculele substanțelor transportate, le transportă prin membrană. Acest proces implică enzime care descompun ATP.

Figura 1. Diagrama generalizată a structurii unei celule eucariote.
(pentru a mari imaginea, click pe poza)

Figura 2. Structura membranei plasmatice.
1 - proteine ​​piercing, 2 - proteine ​​scufundate, 3 - proteine ​​externe

Figura 3. Diagrama pinocitozei și fagocitozei.

Chiar și molecule mai mari de proteine ​​și polizaharide intră în celulă prin fagocitoză (din greacă. phagos- devorând şi kitos- vas, celulă), și picături de lichid - prin pinocitoză (din greacă. pinot- beau și kitos) (Figura 3).

Celulele animale, spre deosebire de celulele vegetale, sunt înconjurate de un „înveliș” moale și flexibil format în principal din molecule de polizaharide, care, unind unele proteine ​​​​și lipide membranare, înconjoară celula din exterior. Compoziția polizaharidelor este specifică diferitelor țesuturi, datorită cărora celulele se „recunosc” unele pe altele și se conectează între ele.

Celulele vegetale nu au o astfel de „blană”. Au o membrană plasmatică plină de pori deasupra lor. membrana celulara, constând în principal din celuloză. Prin pori, fire de citoplasmă se întind de la celulă la celulă, conectând celulele între ele. Așa se realizează comunicarea între celule și se realizează integritatea organismului.

Membrana celulară din plante joacă rolul unui schelet puternic și protejează celula de deteriorare.

Majoritatea bacteriilor și toate ciupercile au o membrană celulară, doar compoziția sa chimică este diferită. În ciuperci, constă dintr-o substanță asemănătoare chitinei.

Celulele ciupercilor, plantelor și animalelor au o structură similară. O celulă are trei părți principale: nucleul, citoplasma și membrana plasmatică. Membrana plasmatică este compusă din lipide și proteine. Asigură intrarea substanțelor în celulă și eliberarea lor din celulă. În celulele plantelor, ciupercilor și majorității bacteriilor există o membrană celulară deasupra membranei plasmatice. Ea face spectacol functie de protectieși joacă rolul unui schelet. La plante, peretele celular este format din celuloză, iar la ciuperci, este format dintr-o substanță asemănătoare chitinei. Celulele animale sunt acoperite cu polizaharide care asigură contacte între celulele aceluiași țesut.

Știți că partea principală a celulei este citoplasma. Este format din apă, aminoacizi, proteine, carbohidrați, ATP, ioni materie organică. Citoplasma conține nucleul și organelele celulei. În ea, substanțele se deplasează dintr-o parte a celulei în alta. Citoplasma asigură interacțiunea tuturor organitelor. Aici au loc reacții chimice.

Întreaga citoplasmă este pătrunsă cu microtubuli subțiri de proteine ​​care se formează citoscheletul celular, datorită căruia își menține o formă constantă. Citoscheletul celular este flexibil, deoarece microtubulii sunt capabili să își schimbe poziția, să se miște de la un capăt și să se scurteze de la celălalt. În celulă intră diferite substanțe. Ce se întâmplă cu ei în cușcă?

În lizozomi - vezicule mici cu membrană rotundă (vezi Fig. 1) moleculele de substanțe organice complexe sunt descompuse în molecule mai simple cu ajutorul enzimelor hidrolitice. De exemplu, proteinele sunt descompuse în aminoacizi, polizaharidele în monozaharide, grăsimile în glicirină și acizi grași. Pentru această funcție, lizozomii sunt adesea numiți „stații digestive” ale celulei.

Dacă membrana lizozomilor este distrusă, enzimele conținute în ei pot digera celula în sine. Prin urmare, lizozomii sunt uneori numiți „arme de distrugere a celulelor”.

Oxidarea enzimatică a moleculelor mici de aminoacizi, monozaharide, acizi grași și alcooli formate în lizozomi la dioxid de carbon și apă începe în citoplasmă și se termină în alte organite - mitocondriile. Mitocondriile sunt organite în formă de bastonaș, filiforme sau sferice, delimitate de citoplasmă de două membrane (Fig. 4). Membrana exterioară este netedă, iar cea interioară formează pliuri - cristas, care îi măresc suprafața. Membrana interioară conține enzime care participă la reacțiile de oxidare ale substanțelor organice dioxid de carbon si apa. Aceasta eliberează energie care este stocată de celulă în moleculele de ATP. Prin urmare, mitocondriile sunt numite „centrale electrice” ale celulei.

În celulă, substanțele organice nu sunt doar oxidate, ci și sintetizate. Sinteza lipidelor și carbohidraților se realizează pe reticulul endoplasmatic - EPS (Fig. 5), iar proteinele - pe ribozomi. Ce este EPS? Acesta este un sistem de tubuli și cisterne, ai căror pereți sunt formați dintr-o membrană. Ele pătrund în întreaga citoplasmă. Substanțele se deplasează prin canalele ER în diferite părți ale celulei.

Există EPS neted și aspru. Pe suprafața ER netedă, carbohidrații și lipidele sunt sintetizate cu participarea enzimelor. Rugozitatea ER este dată de corpurile mici rotunde situate pe acesta - ribozomi(vezi Fig. 1), care sunt implicate în sinteza proteinelor.

Sinteza substanțelor organice are loc și în plastide, care se găsesc numai în celulele vegetale.

Orez. 4. Schema structurii mitocondriilor.
1.- membrana exterioara; 2.- membrana interioara; 3.- pliuri ale membranei interne - cristae.

Orez. 5. Schema structurii EPS brut.

Orez. 6. Diagrama structurii unui cloroplast.
1.- membrana exterioara; 2.- membrana interioara; 3.- continutul intern al cloroplastului; 4.- pliuri ale membranei interioare, colectate în „stive” și formând grana.

În plastide incolore - leucoplaste(din greaca leucos- alb și plastos- creat) amidonul se acumulează. Tuberculii de cartofi sunt foarte bogati in leucoplaste. Culorile galbene, portocalii și roșii sunt date fructelor și florilor. cromoplaste(din greaca crom- culoare și plastos). Ei sintetizează pigmenți implicați în fotosinteză - carotenoide. În viața plantelor, este deosebit de important cloroplaste(din greaca cloros- verzui și plastos) - plastide verzi. În figura 6 vedeți că cloroplastele sunt acoperite cu două membrane: una exterioară și una interioară. Membrana interioară formează pliuri; între pliuri sunt bule dispuse în stive - boabe. Granelele conțin molecule de clorofilă, care sunt implicate în fotosinteză. Fiecare cloroplast are aproximativ 50 de boabe dispuse într-un model de șah. Acest aranjament asigură iluminarea maximă a fiecărei fețe.

În citoplasmă, proteinele, lipidele și carbohidrații se pot acumula sub formă de boabe, cristale și picături. Aceste includere- de rezervă nutrienți, care sunt consumate de celulă după cum este necesar.

În celulele vegetale, o parte din nutrienții de rezervă, precum și produsele de descompunere, se acumulează în seva celulară a vacuolelor (vezi Fig. 1). Ele pot reprezenta până la 90% din volumul unei celule vegetale. Celulele animale au vacuole temporare care nu ocupă mai mult de 5% din volumul lor.

Orez. 7. Schema structurii complexului Golgi.

În figura 7 vedeți un sistem de cavități înconjurate de o membrană. Acest Complexul Golgi, care îndeplinește diferite funcții în celulă: participă la acumularea și transportul substanțelor, îndepărtarea lor din celulă, formarea lizozomilor, membrana celulara. De exemplu, moleculele de celuloză intră în cavitatea complexului Golgi, care, folosind vezicule, se deplasează la suprafața celulei și sunt incluse în membrana celulară.

Majoritatea celulelor se reproduc prin diviziune. Participarea la acest proces centru celular. Este format din doi centrioli înconjurați de citoplasmă densă (vezi Fig. 1). La începutul diviziunii, centriolii se deplasează spre polii celulei. Din ele emană fire de proteine, care se conectează la cromozomi și asigură distribuția lor uniformă între cele două celule fiice.

Toate organitele celulare sunt strâns legate între ele. De exemplu, moleculele de proteine ​​sunt sintetizate în ribozomi și sunt transportate prin canalele ER către părți diferite celulele, iar în lizozomi proteinele sunt distruse. Moleculele nou sintetizate sunt folosite pentru a construi structuri celulare sau pentru a se acumula în citoplasmă și vacuole ca nutrienți de rezervă.

Celula este plină cu citoplasmă. Citoplasma contine nucleul si diverse organite: lizozomi, mitocondrii, plastide, vacuole, RE, centru celular, complex Golgi. Ele diferă prin structura și funcțiile lor. Toate organitele citoplasmatice interacționează între ele, oferind functionare normala celule.

Tabelul 1. STRUCTURA CELULUI

Cel mai important rol în activitatea vieții și diviziunea celulelor ciupercilor, plantelor și animalelor aparține nucleului și cromozomilor aflați în acesta. Majoritatea celulelor acestor organisme au un singur nucleu, dar există și celule multinucleate, cum ar fi celulele musculare. Nucleul este situat în citoplasmă și are formă rotundă sau ovală. Este acoperit cu o înveliș format din două membrane. Învelișul nuclear are pori prin care are loc schimbul de substanțe între nucleu și citoplasmă. Nucleul este umplut cu suc nuclear, în care se află nucleoli și cromozomi.

Nucleoli- acestea sunt „ateliere de producere” de ribozomi, care se formează din ARN ribozomal produs în nucleu și proteine ​​sintetizate în citoplasmă.

Funcția principală a nucleului - stocarea și transmiterea informațiilor ereditare - este asociată cu cromozomii. Fiecare tip de organism are propriul său set de cromozomi: un anumit număr, formă și dimensiune.

Toate celulele corpului, cu excepția celulelor sexuale, sunt numite somatic(din greaca soma- corp). Celulele unui organism din aceeași specie conțin același set de cromozomi. De exemplu, la om, fiecare celulă a corpului conține 46 de cromozomi, în musca de fructe Drosophila - 8 cromozomi.

Celulele somatice, de regulă, au un set dublu de cromozomi. Se numeste diploidși se notează cu 2 n. Deci, o persoană are 23 de perechi de cromozomi, adică 2 n= 46. Celulele sexuale conțin jumătate din câte cromozomi. Este singur, sau haploid, trusa. Persoana are 1 n = 23.

Toți cromozomii din celulele somatice, spre deosebire de cromozomii din celulele germinale, sunt perechi. Cromozomii care formează o pereche sunt identici unul cu celălalt. Se numesc cromozomi perechi omolog. Se numesc cromozomi care aparțin unor perechi diferite și diferă ca formă și dimensiune neomolog(Fig. 8).

La unele specii, numărul de cromozomi poate fi același. De exemplu, trifoiul roșu și mazărea au 2 n= 14. Cu toate acestea, cromozomii lor diferă ca formă, mărime și compoziție nucleotidică a moleculelor de ADN.

Orez. 8. Set de cromozomi din celulele Drosophila.

Orez. 9. Structura cromozomală.

Pentru a înțelege rolul cromozomilor în transmiterea informațiilor ereditare, este necesar să vă familiarizați cu structura și compoziția chimică a acestora.

Cromozomii unei celule care nu se divide arată ca fire lungi și subțiri. Înainte de diviziunea celulară, fiecare cromozom este format din două catene identice - cromatidă, care sunt conectate între taliile taliei - (Fig. 9).

Cromozomii sunt formați din ADN și proteine. Deoarece compoziția nucleotidică a ADN-ului diferă între tipuri diferite, compoziția cromozomilor este unică pentru fiecare specie.

Fiecare celulă, cu excepția celulelor bacteriene, are un nucleu în care se află nucleolii și cromozomii. Fiecare specie este caracterizată de un anumit set de cromozomi: număr, formă și mărime. În celulele somatice ale majorității organismelor setul de cromozomi este diploid, în celulele sexuale este haploid. Cromozomii perechi se numesc omologi. Cromozomii sunt formați din ADN și proteine. Moleculele de ADN asigură stocarea și transmiterea informațiilor ereditare de la celulă la celulă și de la organism la organism.

După ce ați lucrat la aceste subiecte, ar trebui să puteți:

1. Explicați în ce cazuri trebuie utilizat un microscop luminos (structură) sau un microscop electronic cu transmisie.
2. Descrieți structura membranei celulare și explicați relația dintre structura membranei și capacitatea acesteia de a face schimb de substanțe între celulă și mediul său.
3. Definiți procesele: difuzie, difuzie facilitată, transport activ, endocitoză, exocitoză și osmoză. Indicați diferențele dintre aceste procese.
4. Numiți funcțiile structurilor și indicați în ce celule (plante, animale sau procariote) se află: nucleu, membrană nucleară, nucleoplasmă, cromozomi, membrană plasmatică, ribozom, mitocondrii, perete celular, cloroplast, vacuol, lizozom, reticul endoplasmatic neted (granular) și rugos (granular), centru celular, aparat Golgi, cili, flagel, mezozom, pili sau fimbrie.
5. Numiți cel puțin trei semne prin care o celulă vegetală poate fi distinsă de o celulă animală.
6. Enumerați cele mai importante diferențe dintre celulele procariote și eucariote.

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. „Biologie generală”. Moscova, „Iluminismul”, 2000

• Subiectul 1. „Membrană plasmatică”. §1, §8 p. 5;20
• Subiectul 2. „Cușcă”. §8-10 p. 20-30
• Tema 3. „Celula procariotă. Viruși”. §11 p. 31-34

Ramura biologiei numită citologie studiază structura organismelor, precum și a plantelor, animalelor și oamenilor. Oamenii de știință au descoperit că conținutul celulei, care se află în interiorul acesteia, este construit destul de complex. Este înconjurat de așa-numitul aparat de suprafață, care include membrana celulară exterioară, structuri supramembranare: glicocalixul și, de asemenea, microfilamente, peliculă și microtubuli care formează complexul său submembranar.

În acest articol vom studia structura și funcțiile membranei celulare exterioare incluse în aparatul de suprafață tipuri variate celule.

Ce funcții îndeplinește membrana celulară externă?

După cum s-a descris mai devreme, membrana exterioară face parte din aparatul de suprafață al fiecărei celule, care își separă cu succes conținutul intern și protejează organelele celulare de conditii nefavorabile Mediul extern. O altă funcție este de a asigura metabolismul dintre conținutul celular și fluidul tisular, astfel încât membrana celulară exterioară transportă moleculele și ionii care intră în citoplasmă și, de asemenea, ajută la eliminarea deșeurilor și a excesului de substanțe toxice din celulă.

Structura membranei celulare

Membranele sau membranele plasmatice ale diferitelor tipuri de celule diferă foarte mult una de cealaltă. În principal, prin structura lor chimică, precum și prin conținutul relativ de lipide, glicoproteine, proteine ​​și, în consecință, natura receptorilor localizați în acestea. Externe care sunt determinate în primul rând compoziție individuală glicoproteinele, participă la recunoașterea stimulilor de mediu și la reacțiile celulei însăși la acțiunile lor. Unele tipuri de viruși pot interacționa cu proteinele și glicolipidele membranelor celulare, drept urmare acestea pătrund în celulă. Herpesul și virusurile gripale pot fi folosiți pentru a-și construi învelișul protector.

Și virușii și bacteriile, așa-numitele bacteriofagi, se atașează de membrana celulară și o dizolvă în punctul de contact folosind o enzimă specială. Apoi, o moleculă de ADN viral trece în gaura rezultată.

Caracteristici ale structurii membranei plasmatice a eucariotelor

Să ne amintim că membrana celulară exterioară îndeplinește funcția de transport, adică transferul de substanțe în și din ea în mediul extern. Pentru a efectua un astfel de proces, este necesară o structură specială. Într-adevăr, plasmalema este un sistem permanent, universal de aparat de suprafață. Acesta este o peliculă multistrat subțire (2-10 Nm), dar destul de densă, care acoperă întreaga celulă. Structura sa a fost studiată în 1972 de oameni de știință precum D. Singer și G. Nicholson și au creat, de asemenea, un model fluid-mozaic al membranei celulare.

Principalii compuși chimici care o formează sunt molecule ordonate de proteine ​​și anumite fosfolipide, care sunt încorporate într-un mediu lipidic lichid și seamănă cu un mozaic. Astfel, membrana celulară este formată din două straturi de lipide, ale căror „cozi” hidrofobe nepolare sunt situate în interiorul membranei, iar capetele hidrofile polare sunt îndreptate spre citoplasma celulară și fluidul intercelular.

Stratul lipidic este pătruns de molecule mari de proteine ​​care formează pori hidrofili. Prin ele sunt transportați solutii apoase glucoză și săruri minerale. Unele molecule de proteine ​​se găsesc atât pe suprafața exterioară, cât și pe cea interioară a plasmalemei. Astfel, pe membrana celulară exterioară în celulele tuturor organismelor cu nuclee există molecule de carbohidrați legate prin legături covalente de glicolipide și glicoproteine. Conținutul de carbohidrați din membranele celulare variază de la 2 la 10%.

Structura plasmalemei organismelor procariote

Membrana celulară exterioară la procariote îndeplinește funcții similare cu membranele plasmatice ale celulelor organismelor nucleare, și anume: percepția și transmiterea informațiilor provenite din mediul extern, transportul ionilor și soluțiilor în și în afara celulei, protecția citoplasmei de străini. reactivi din exterior. Poate forma mezosomi - structuri care apar atunci când membrana plasmatică este invaginată în celulă. Ele pot conține enzime implicate în reacțiile metabolice ale procariotelor, de exemplu, replicarea ADN-ului și sinteza proteinelor.

Mezozomii conțin și enzime redox, iar fotosinteticele conțin bacterioclorofilă (în bacterii) și ficobilină (în cianobacterii).

Rolul membranelor exterioare în contactele intercelulare

Continuând să răspundem la întrebarea ce funcții îndeplinește membrana celulară exterioară, să ne oprim asupra rolului său în. În celulele vegetale, se formează pori în pereții membranei celulare exterioare, care trec în stratul de celuloză. Prin ele, citoplasma celulei poate ieși în exterior; astfel de canale subțiri se numesc plasmodesmate.

Datorită acestora, legătura dintre celulele vegetale învecinate este foarte puternică. În celulele umane și animale, punctele de contact dintre membranele celulare adiacente se numesc desmozomi. Ele sunt caracteristice celulelor endoteliale și epiteliale și se găsesc și în cardiomiocite.

Formațiuni auxiliare ale plasmalemei

Înțelegerea modului în care celulele vegetale diferă de celulele animale este ajutată de studierea caracteristicilor structurale ale membranelor lor plasmatice, care depind de funcțiile membranei celulare exterioare. Deasupra ei, în celulele animale, există un strat de glicocalix. Este format din molecule de polizaharide asociate cu proteinele și lipidele membranei celulare exterioare. Datorită glicocalixului, aderența (lipirea împreună) are loc între celule, ducând la formarea țesuturilor, prin urmare participă la funcția de semnalizare a plasmalemei - recunoașterea stimulilor de mediu.

Cum se efectuează transportul pasiv al anumitor substanțe prin membranele celulare?

După cum am menționat mai devreme, membrana celulară exterioară este implicată în procesul de transport al substanțelor între celulă și mediul extern. Există două tipuri de transport prin plasmalemă: transport pasiv (difuzie) și transport activ. Prima include difuzia, difuzia facilitata si osmoza. Mișcarea substanțelor de-a lungul unui gradient de concentrație depinde, în primul rând, de masa și dimensiunea moleculelor care trec prin membrana celulară. De exemplu, moleculele mici nepolare se dizolvă cu ușurință în stratul lipidic mijlociu al plasmalemei, se deplasează prin el și ajung în citoplasmă.

Moleculele mari de substanțe organice pătrund în citoplasmă cu ajutorul proteinelor purtătoare speciale. Au specificitate de specie și, atunci când se conectează cu o particulă sau un ion, le transferă pasiv prin membrană de-a lungul unui gradient de concentrație fără cheltuială de energie (transport pasiv). Acest proces stă la baza unei asemenea proprietăți a plasmalemei ca permeabilitatea selectivă. În timpul procesului, energia moleculelor de ATP nu este utilizată, iar celula o salvează pentru alte reacții metabolice.

Transportul activ al compușilor chimici prin plasmalemă

Deoarece membrana celulară exterioară asigură transferul moleculelor și ionilor din mediul extern în celulă și înapoi, devine posibilă eliminarea produselor de disimilare, care sunt toxine, în exterior, adică în fluidul intercelular. apare împotriva unui gradient de concentrație și necesită utilizarea energiei sub formă de molecule de ATP. De asemenea, implică proteine ​​purtătoare numite ATPaze, care sunt și enzime.

Un exemplu de astfel de transport este pompa de sodiu-potasiu (ionii de sodiu se deplasează din citoplasmă în mediul extern, iar ionii de potasiu sunt pompați în citoplasmă). Celulele epiteliale ale intestinelor și rinichilor sunt capabile de aceasta. Varietățile acestei metode de transfer sunt procesele de pinocitoză și fagocitoză. Astfel, după ce a studiat ce funcții îndeplinește membrana celulară exterioară, se poate stabili că protisții heterotrofe, precum și celulele organismelor animale superioare, de exemplu, leucocitele, sunt capabile de procesele de pino- și fagocitoză.

Procese bioelectrice în membranele celulare

S-a stabilit că există o diferență potențială între suprafata exterioara plasmalema (este încărcată pozitiv) și stratul parietal al citoplasmei, care este încărcat negativ. A fost numit potențial de odihnă și este inerent tuturor celulelor vii. Și țesutul nervos nu numai că are un potențial de repaus, dar este și capabil să conducă biocurenți slabi, ceea ce se numește proces de excitare. Membrane externe celule nervoase-neuroni, primind iritații de la receptori, aceștia încep să schimbe sarcinile: ionii de sodiu intră masiv în celulă și suprafața plasmalemei devine electronegativă. Iar stratul din apropierea peretelui al citoplasmei, din cauza unui exces de cationi, primește o sarcină pozitivă. Acest lucru explică de ce membrana celulară exterioară a neuronului este reîncărcată, ceea ce determină conducerea impulsuri nervoase, care stă la baza procesului de excitație.

De caracteristici funcționale Membrana celulară poate fi împărțită în 9 funcții pe care le îndeplinește.
Funcțiile membranei celulare:
1. Transport. Transporta substante de la celula la celula;
2. Bariera. Are permeabilitate selectivă, asigură metabolismul necesar;
3. Receptor. Unele proteine ​​găsite în membrană sunt receptori;
4. Mecanic. Asigură autonomia celulei și a structurilor sale mecanice;
5. Matrice. Asigură interacțiunea și orientarea optimă a proteinelor matriceale;
6. Energie. Membranele conțin sisteme de transfer de energie în timpul respirației celulare în mitocondrii;
7. Enzimatic. Proteinele membranare sunt uneori enzime. De exemplu, membranele celulare intestinale;
8. Marcare. Membrana conține antigene (glicoproteine) care permit identificarea celulelor;
9. Generarea. Realizează generarea și conducerea biopotențialelor.

Puteți vedea cum arată o membrană celulară folosind exemplul structurii unei celule animale sau a unei celule vegetale.

Figura prezintă structura membranei celulare.
Componentele membranei celulare includ diverse proteine ​​ale membranei celulare (globulare, periferice, de suprafață), precum și lipide ale membranei celulare (glicolipide, fosfolipide). De asemenea, în structura membranei celulare există carbohidrați, colesterol, glicoproteine ​​și proteine ​​alfa helix.

Compoziția membranei celulare

Principala compoziție a membranei celulare include:
1. Proteine ​​- responsabile de diverse proprietăți ale membranei;
2. Lipide trei tipuri(fosfolipide, glicolipide și colesterol) responsabile de rigiditatea membranei.
Proteinele membranei celulare:
1. Proteine ​​globulare;
2. Proteine ​​de suprafață;
3. Proteine ​​periferice.

Scopul principal al membranei celulare

Scopul principal al membranei celulare:
1. Reglați schimbul dintre celulă și mediu;
2. Separați conținutul oricărei celule de mediul extern, asigurând astfel integritatea acesteia;
3. Membranele intracelulare împart celula în compartimente închise specializate - organele sau compartimente în care sunt menținute anumite condiții de mediu.

Structura membranei celulare

Structura membranei celulare este o soluție bidimensională de proteine ​​integrale globulare dizolvate într-o matrice fosfolipidă lichidă. Acest model al structurii membranei a fost propus de doi oameni de știință Nicholson și Singer în 1972. Astfel, baza membranelor este un strat lipidic bimolecular, cu un aranjament ordonat de molecule, după cum ați putut vedea în.

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 dimensiunii complexelor proteice membranare. În funcție de condițiile 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 (hidrofobicitate), dar 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 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. Pe baza compoziției lor chimice, proteinele care sunt complet incluse în stratul lipidic (pe toată lungimea sa) sunt clasificate ca 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. Loturi cu acid grasîndreptate 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:

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.