Membrány majú mnoho rôznych funkcií:
membrány určujú tvar organely alebo bunky;
bariéra: riadenie výmeny rozpustných látok (napríklad iónov Na +, K +, Cl -) medzi vnútorným a vonkajším oddelením;
energický: syntéza ATP na vnútorných membránach mitochondrií a fotosyntéza v membránach chloroplastov; tvoria povrch pre prúdenie chemické reakcie(fosforylácia na mitochondriálnych membránach);
sú štruktúrou, ktorá zabezpečuje rozpoznávanie chemických signálov (receptory hormónov a neurotransmiterov sú umiestnené na membráne);
hrajú úlohu v medzibunkovej komunikácii a podporujú pohyb buniek.
Transport cez membránu. Membrána má selektívnu priepustnosť pre rozpustné látky, ktorá je potrebná pre:
oddelenie bunky od extracelulárneho prostredia;
zabezpečenie prieniku do bunky a zadržanie potrebných molekúl (ako sú lipidy, glukóza a aminokyseliny) v nej, ako aj odstránenie metabolických produktov (vrátane nepotrebných) z bunky;
udržiavanie transmembránového iónového gradientu.
Intracelulárne organely môžu mať aj selektívne priepustnú membránu. Napríklad v lyzozómoch membrána udržiava koncentráciu vodíkových iónov (H+) 1000-10000 krát vyššiu ako v cytosóle.
Transport cez membránu môže byť pasívny, ľahký alebo aktívny.
Pasívna doprava je pohyb molekúl alebo iónov pozdĺž koncentračného alebo elektrochemického gradientu. Môže ísť o jednoduchú difúziu, ako v prípade plynov (napr. O 2 a CO 2) alebo o jednoduché molekuly (etanol) prenikajúce cez plazmatickú membránu. Pri jednoduchej difúzii sa malé molekuly rozpustené v extracelulárnej tekutine následne rozpustia v membráne a potom v intracelulárnej tekutine. Tento proces je nešpecifický, pričom rýchlosť prenikania cez membránu je určená stupňom hydrofóbnosti molekuly, to znamená jej rozpustnosťou v tukoch. Rýchlosť difúzie cez lipidovú dvojvrstvu je priamo úmerná hydrofóbnosti, ako aj transmembránovému koncentračnému gradientu alebo elektrochemickému gradientu.
Uľahčená difúzia je rýchly pohyb molekúl cez membránu pomocou špecifických membránových proteínov nazývaných permeázy. Tento proces je špecifický, prebieha rýchlejšie ako jednoduchá difúzia, ale má obmedzenie rýchlosti transportu.
Uľahčená difúzia je zvyčajne charakteristická pre látky rozpustné vo vode. Väčšina (ak nie všetky) membránových transportérov sú proteíny. Špecifický mechanizmus fungovania nosičov pri facilitovanej difúzii nebol dostatočne študovaný. Môžu napríklad zabezpečiť transfer prostredníctvom rotačný pohyb v membráne. V nedávne časy bola informácia, že nosné proteíny pri kontakte s transportovanou látkou menia svoju konformáciu, v dôsledku čoho sa v membráne otvárajú akési „brány“ alebo kanály. K týmto zmenám dochádza v dôsledku uvoľnenej energie, keď sa transportovaná látka viaže na proteín. Možný je aj prenos reléového typu. V tomto prípade samotný nosič zostáva stacionárny a ióny migrujú pozdĺž neho z jednej hydrofilnej väzby na druhú.
Ako model pre tento typ nosiča môže slúžiť antibiotikum gramicidín. V lipidovej vrstve membrány má jeho dlhá lineárna molekula formu špirály a tvorí hydrofilný kanál, cez ktorý môže K ión migrovať pozdĺž gradientu.
Experimentálne dôkazy o existencii prirodzených kanálov v biologické membrány Oh. Transportné proteíny sú vysoko špecifické vo vzťahu k látke transportovanej cez membránu a v mnohých vlastnostiach sa podobajú enzýmom. Sú vysoko citlivé na pH, sú kompetitívne inhibované zlúčeninami podobnou štruktúre ako transportovaná látka a nekompetitívne činidlami, ktoré menia špecifické funkčné skupiny proteínov.
Uľahčená difúzia sa od bežnej difúzie líši nielen rýchlosťou, ale aj schopnosťou saturovať. K zvýšeniu rýchlosti prenosu látok dochádza úmerne k zvýšeniu koncentračného gradientu len do určitých limitov. Ten je určený „výkonom“ nosiča.
Aktívny transport je pohyb iónov alebo molekúl cez membránu proti koncentračnému gradientu v dôsledku energie hydrolýzy ATP. Existujú tri hlavné typy aktívneho transportu iónov:
sodno-draselná pumpa - Na + / K + -adenozín trifosfatáza (ATPáza), ktorá prenáša Na + von a K + dovnútra;
kalciová (Ca 2+) pumpa - Ca 2+ -ATPáza, ktorá transportuje Ca 2+ z bunky alebo cytosólu do sarkoplazmatického retikula;
protónová pumpa - H + -ATPáza. Iónové gradienty vytvorené aktívnym transportom môžu byť použité na aktívny transport iných molekúl, ako sú niektoré aminokyseliny a cukry (sekundárny aktívny transport).
Spolupreprava- Ide o transport iónu alebo molekuly spojený s prenosom iného iónu. Symport- súčasný prenos oboch molekúl v jednom smere; antiport- súčasný prenos oboch molekúl v opačných smeroch. Ak transport nie je spojený s prenosom iného iónu, tento proces sa nazýva uniforma... Spoločný transport je možný ako s uľahčenou difúziou, tak aj počas aktívneho transportu.
Glukóza môže byť transportovaná uľahčenou difúziou symptómového typu. Cl - a HCO 3 - ióny sú transportované cez membránu erytrocytov uľahčenou difúziou nosičom nazývaným dráha 3, ako antiport. V tomto prípade sa Cl - a HCO 3 - transportujú v opačných smeroch a smer transportu je určený prevládajúcim koncentračným gradientom.
Aktívny transport iónov proti koncentračnému gradientu vyžaduje energiu uvoľnenú počas hydrolýzy ATP na ADP: ATP ADP + F (anorganický fosfát). Aktívny transport, ako aj uľahčená difúzia, sa vyznačuje špecifickosťou, obmedzením maximálnej rýchlosti (to znamená, že kinetická krivka dosiahne plató) a prítomnosťou inhibítorov. Príkladom je primárny aktívny transport uskutočňovaný Na+/K+-ATPázou. Pre fungovanie tohto enzýmového antiportového systému je nevyhnutná prítomnosť iónov Na +, K + a horčíka. Je prítomný takmer vo všetkých živočíšnych bunkách a jeho koncentrácia je obzvlášť vysoká v dráždivých tkanivách (napríklad v nervoch a svaloch) a v bunkách, ktoré sa aktívne podieľajú na pohybe Na + cez plazmatickú membránu (napríklad v kôra obličiek a slinných žliaz) ...
Samotný enzým ATPáza je oligomér pozostávajúci z 2 -podjednotiek po 110 kDa a 2 glykoproteínových -podjednotiek po 55 kDa.. počas hydrolýzy ATP dochádza k reverzibilnej fosforylácii určitého aspartátového zvyšku na -subjunkcii za vzniku -aspartamylu fosfát.+ Na fosforyláciu je potrebný Na Mg2+, ale nie K+, kým defosforylácia vyžaduje K+, ale nie Na+ alebo Mg2+. Sú opísané dva konformačné stavy proteínového komplexu s rôznymi energetickými hladinami, ktoré sa zvyčajne označujú E 1 a E 2, preto sa ATPáza nazýva aj nosič typu E 1 - E 2 ... Napríklad srdcové glykozidy digoxín a ouabain, inhibujú aktivitu ATPázy .. Ouabain je vďaka svojej dobrej rozpustnosti vo vode široko používaný v experimentálny výskumštudovať sodíkovú pumpu.
Všeobecne akceptovaná koncepcia práce Na + / K + - ATPázy je nasledovná. Ióny Na a ATP sú pripojené k molekule ATPázy v prítomnosti Mg 2+. Väzba iónov Na spúšťa reakciu hydrolýzy ATP, v dôsledku ktorej vzniká ADP a fosforylovaná forma enzýmu. Fosforylácia indukuje prechod enzymatického proteínu do nového konformačného stavu a miesto alebo miesta nesúce Na sú otočené smerom k vonkajšiemu prostrediu. Tu dochádza k zámene Na + za K +, keďže fosforylovaná forma enzýmu sa vyznačuje vysokou afinitou k iónom K., spätný prechod enzýmu do pôvodnej konformácie je iniciovaný hydrolytickým štiepením fosforylovej skupiny vo forme tzv. anorganického fosfátu a je sprevádzaná uvoľňovaním K + do vnútorného priestoru bunky. Defosforylované aktívne miesto enzýmu je schopné pripojiť novú molekulu ATP a cyklus sa opakuje.
Množstvo iónov K a Na vstupujúcich do článku v dôsledku činnosti pumpy sa navzájom nerovná. Pre tri odstránené ióny Na sú dva zavedené ióny K so súčasnou hydrolýzou jednej molekuly ATP. Otváranie a zatváranie kanála na opačných stranách membrány a striedavá zmena účinnosti väzby Na a K sú zabezpečené energiou hydrolýzy ATP. Transportované ióny - Na a K - sú kofaktormi tejto enzymatickej reakcie. Teoreticky je možné si predstaviť širokú škálu čerpadiel pracujúcich na tomto princípe, aj keď v súčasnosti je známych len niekoľko z nich.
Transport glukózy. Transport glukózy môže prebiehať typom facilitovanej difúzie aj aktívneho transportu, v prvom prípade prebieha ako uniport, v druhom ako symptóm. Glukóza môže byť transportovaná do červených krviniek uľahčenou difúziou. Michaelisova konštanta (Km) pre transport glukózy do erytrocytov je približne 1,5 mmol/l (to znamená, že pri tejto koncentrácii glukózy bude asi 50 % dostupných molekúl permeázy viazaných na molekuly glukózy). Pretože koncentrácia glukózy v ľudskej krvi je 4-6 mmol / l, jej absorpcia erytrocytmi nastáva takmer maximálnou rýchlosťou. Špecifickosť permeázy sa prejavuje už v tom, že L-izomér sa na rozdiel od D-galaktózy a D-manózy takmer netransportuje do erytrocytov, ale na dosiahnutie polovičného nasýtenia transportného systému sú potrebné ich vyššie koncentrácie. Keď sa glukóza dostane do bunky, fosforyluje sa a už nie je schopná bunku opustiť. Glukózová permeáza sa tiež nazýva D-hexózová permeáza. Je to integrálny membránový proteín s molekulovou hmotnosťou 45 kDa.
Glukóza môže byť tiež transportovaná systémom symptómov závislých od Na+, ktorý sa nachádza v plazmatických membránach mnohých tkanív, vrátane renálnych tubulov a črevného epitelu. V tomto prípade je jedna molekula glukózy transportovaná uľahčenou difúziou proti koncentračnému gradientu a jeden Na ión - pozdĺž koncentračného gradientu. Celý systém v konečnom dôsledku funguje vďaka čerpacej funkcii Na + / K + - ATPázy. Symport je teda sekundárny aktívny transportný systém. Aminokyseliny sa transportujú podobným spôsobom.
Čerpadlo Ca 2+ je aktívny transportný systém typu E 1 - E 2, pozostávajúci z integrálneho membránového proteínu, ktorý je fosforylovaný na aspartátovom zvyšku v procese prenosu Ca 2+. Počas hydrolýzy každej molekuly ATP sa prenesú dva ióny Ca 2+. V eukaryotických bunkách sa Ca 2+ môže viazať na proteín viažuci vápnik tzv kalmodulín a celý komplex sa viaže na pumpu Ca2+. Troponín C a parvalbumín sú tiež proteíny viažuce Ca2+.
Ca 2+-ATPázou sú z buniek aktívne odstraňované ióny Ca, podobne ako ióny Na. Membrány endoplazmatického retikula obsahujú obzvlášť veľké množstvo proteínu kalciovej pumpy. Reťazec chemických reakcií vedúcich k hydrolýze ATP a prenosu Ca 2+ možno zapísať vo forme nasledujúcich rovníc:
2Ca n + ATP + E 1 Ca 2 - E - P + ADP
Ca2-E-P2Ca int + PO43- + E2
Kde San je Ca2 + vonku;
Ca int - Ca 2+ vnútri;
E 1 a E 2 sú rôzne konformácie nosného enzýmu, ktorých prechod z jednej do druhej je spojený s využitím energie ATP.
Systém aktívneho odstraňovania H + z cytoplazmy podporujú dva typy reakcií: aktivita elektrónového transportného reťazca (redoxný reťazec) a hydrolýza ATP. Redoxné aj hydrolytické pumpy H+ sú umiestnené v membránach schopných premieňať svetelnú alebo chemickú energiu na energiu H+ (to znamená plazmatické membrány prokaryotov, konjugačné membrány chloroplastov a mitochondrií). V dôsledku práce H + ATPázy a / alebo redoxného reťazca sa protóny premiestňujú a na membráne vzniká protónovo-hybná sila (H +). Elektrochemický gradient vodíkových iónov, ako ukazujú štúdie, možno použiť na konjugovaný transport (sekundárny aktívny transport) Vysoké číslo metabolity – anióny, aminokyseliny, cukry atď.
Aktivita plazmatickej membrány je spojená s absorpciou pevných a kvapalných látok s veľkou molekulovou hmotnosťou bunkou, - fagocytóza a pinocytóza(z nem. fagovia- existuje , pinoše- piť, cytos- bunka). Bunková membrána tvorí vrecká alebo invaginácie, ktoré nasávajú látky zvonku. Potom sú takéto invaginácie oddelené a obklopené membránou kvapôčkou vonkajšieho prostredia (pinocytóza) alebo pevnými časticami (fagocytóza). Pinocytóza sa pozoruje v širokej škále buniek, najmä v tých orgánoch, kde prebiehajú absorpčné procesy.
1 - polárna hlava fosfolipidovej molekuly
2 - chvost mastnej kyseliny molekuly fosfolipidu
3 - integrálny proteín
4 - periférny proteín
5 - semiintegrálny proteín
6 - glykoproteín
7 - glykolipid
Vonkajšia bunková membrána je vlastná všetkým bunkám (živočíšnym a rastlinným), má hrúbku približne 7,5 (až 10) nm a pozostáva z molekúl lipidov a proteínov.
V súčasnosti je bežný model konštrukcie tekutej mozaiky bunková membrána... Podľa tohto modelu sú molekuly lipidov usporiadané v dvoch vrstvách, pričom ich vodoodpudivé konce (hydrofóbne - rozpustné v tukoch) smerujú k sebe a konce rozpustné vo vode (hydrofilné) sú na okraji. Proteínové molekuly sú uložené v lipidovej vrstve. Niektoré z nich sa nachádzajú na vonkajšom alebo vnútornom povrchu lipidovej časti, iné sú čiastočne ponorené alebo prenikajú membránou skrz naskrz.
Membránové funkcie :
Ochranné, hraničné, bariérové;
Doprava;
Receptor - vykonáva sa na úkor proteínov - receptory, ktoré majú selektívnu schopnosť pre určité látky (hormóny, antigény atď.), Vstupujú s nimi do chemické interakcie, vedú signály do bunky;
Podieľať sa na vytváraní medzibunkových kontaktov;
Zabezpečte pohyb niektorých buniek (pohyb améby).
Živočíšne bunky majú na vonkajšej bunkovej membráne tenkú vrstvu glykokalyxu. Ide o komplex sacharidov s lipidmi a sacharidov s bielkovinami. Glykokalyx sa podieľa na medzibunkových interakciách. Cytoplazmatické membrány väčšiny bunkových organel majú presne rovnakú štruktúru.
Mať rastlinné bunky mimo cytoplazmatickej membrány. nachádza bunková stena zložený z celulózy.
Transport látok cez cytoplazmatickú membránu .
Existujú dva hlavné mechanizmy vstupu látok do bunky alebo z bunky:
1. Pasívna doprava.
2. Aktívna doprava.
Pasívny transport látok prebieha bez spotreby energie. Príkladom takéhoto transportu je difúzia a osmóza, pri ktorých sa pohyb molekúl alebo iónov uskutočňuje z oblasti s vysokou koncentráciou do oblasti s nižšou koncentráciou, napríklad molekúl vody.
Aktívny transport - pri tomto type transportu prenikajú molekuly alebo ióny membránou proti koncentračnému gradientu, čo si vyžaduje energiu. Príkladom aktívneho transportu je sodíkovo-draslíková pumpa, ktorá aktívne odčerpáva sodík z bunky a absorbuje draselné ióny z vonkajšieho prostredia, čím ich prenáša do bunky. Pumpa je špeciálny membránový proteín, ktorý ju uvádza do pohybu s ATP.
Aktívny transport udržuje konštantný objem bunky a membránový potenciál.
Transport látok sa môže uskutočňovať endocytózou a exocytózou.
Endocytóza je prienik látok do bunky, exocytóza je z bunky.
Počas endocytózy plazmatická membrána vytvára invagináciu alebo výrastky, ktoré potom obalia látku a po oddelení sa premenia na bubliny.
Existujú dva typy endocytózy:
1) fagocytóza - absorpcia pevných častíc (fagocytárne bunky),
2) pinocytóza - absorpcia tekutého materiálu. Pinocytóza je charakteristická pre améboidné prvoky.
Prostredníctvom exocytózy sa z buniek odstraňujú rôzne látky: z tráviacich vakuol sa odstraňujú nestrávené zvyšky potravy a zo sekrečných buniek sa odstraňuje ich tekutý sekrét.
Cytoplazma -(cytoplazma + jadro tvoria protoplazmu). Cytoplazma pozostáva z vodnej bázickej látky (cytoplazmatická matrica, hyaloplazma, cytosol) a rôznych organel a inklúzií v nej.
Inklúzie – odpadové produkty buniek. Existujú 3 skupiny inklúzií - trofické, sekrečné (bunky žľazy) a špeciálne (pigmentové) hodnoty.
Organely - ide o trvalé štruktúry cytoplazmy, ktoré v bunke vykonávajú určité funkcie.
Prideľte organely celková hodnota a špeciálne. Špeciálne sa nachádzajú vo väčšine buniek, ale vo významnom množstve sú prítomné iba v bunkách, ktoré vykonávajú špecifickú funkciu. Patria sem mikroklky črevných epitelových buniek, riasinky epitelu priedušnice a priedušiek, bičíky, myofibrily (zabezpečujúce svalovú kontrakciu atď.).
Organely všeobecného významu zahŕňajú EPS, Golgiho komplex, mitochondrie, ribozómy, lyzozómy, centrioly bunkového centra, peroxizómy, mikrotubuly, mikrofilamenty. V rastlinných bunkách - plastidy, vakuoly. Organely všeobecného významu možno rozdeliť na organely s membránovou a nemembránovou štruktúrou.
Organely s membránovou štruktúrou sú dvojmembránové a jednomembránové. Mitochondrie a plastidy sa označujú ako dve membrány. Na jednomembránové - endoplazmatické retikulum, Golgiho komplex, lyzozómy, peroxizómy, vakuoly.
Organely bez membrán: ribozómy, bunkové centrum, mikrotubuly, mikrofilamenty.
Mitochondrie – ide o organely okrúhleho alebo oválneho tvaru. Pozostávajú z dvoch membrán: vnútornej a vonkajšej. Vnútorná membrána má výrastky – cristae, ktoré rozdeľujú mitochondrie na kompartmenty. Priehradky sú vyplnené látkou - matricou. Matrica obsahuje DNA, mRNA, tRNA, ribozómy, vápenaté a horečnaté soli. Tu prebieha autonómna biosyntéza bielkovín. Hlavnou funkciou mitochondrií je syntéza energie a jej akumulácia v molekulách ATP. Nové mitochondrie vznikajú v bunke v dôsledku delenia starých.
Plastidy – organely nachádzajúce sa prevažne v rastlinných bunkách. Sú troch typov: chloroplasty obsahujúce zelený pigment; chromoplasty (pigmenty červenej, žltej, oranžovej farby); leukoplasty (bezfarebné).
Chloroplasty sú vďaka zelenému pigmentu chlorofylu schopné syntetizovať organické látky z anorganických, využívajúc energiu slnka.
Chromoplasty dodávajú kvetom a plodom jasné farby.
Leukoplasty sú schopné akumulovať rezervné živiny: škrob, lipidy, bielkoviny atď.
Endoplazmatické retikulum ( EPS ) je komplexný systém vakuol a kanálikov, ktoré sú ohraničené membránami. Rozlišujte medzi hladkým (agranulovaným) a hrubým (granulovaným) EPS. Smooth nemá na svojej membráne ribozómy. Syntetizuje lipidy, lipoproteíny, hromadí a odstraňuje toxické látky z bunky. Granulovaný EPS má membránové ribozómy, v ktorých sa syntetizujú proteíny. Potom proteíny vstupujú do Golgiho komplexu a odtiaľ von.
Golgiho komplex (Golgiho aparát) je stoh sploštených membránových vakov - cisterien a s nimi spojený systém vezikúl. Stoh cisterien sa nazýva diktyozóm.
Funkcie Golgiho komplexu : modifikácia bielkovín, syntéza polysacharidov, transport látok, tvorba bunkovej membrány, tvorba lyzozómov.
lyzozómy – sú membránou obklopené vezikuly obsahujúce enzýmy. Vykonávajú intracelulárne štiepenie látok a delia sa na primárne a sekundárne. Primárne lyzozómy obsahujú enzýmy v neaktívnej forme. Po vstupe do organel rôzne látky aktivujú sa enzýmy a začína sa proces trávenia – ide o sekundárne lyzozómy.
Peroxizómy majú formu bublín ohraničených jednou membránou. Obsahujú enzýmy, ktoré rozkladajú peroxid vodíka, ktorý je toxický pre bunky.
Vakuoly – sú to organely rastlinných buniek obsahujúce bunkovú šťavu. V bunkovej šťavy môžu tam byť náhradné živiny, pigmenty, odpadové produkty. Vakuoly sa podieľajú na tvorbe turgorového tlaku, na regulácii metabolizmu voda – soľ.
Ribozómy – organely, pozostávajúce z veľkých a malých podjednotiek. Môžu byť umiestnené buď na EPS, alebo môžu byť umiestnené voľne v bunke a tvoria polyzómy. Skladajú sa z rRNA a proteínu a tvoria sa v jadierku. Biosyntéza bielkovín prebieha v ribozómoch.
Bunkové centrum – nachádza sa v bunkách zvierat, húb, nižších rastlín a chýba vo vyšších rastlinách. Skladá sa z dvoch centriolov a žiarivej gule. Centriol má tvar dutého valca, ktorého stenu tvorí 9 trojíc mikrotubulov. Bunky pri delení vytvárajú vlákna mitotického vretienka, ktoré zabezpečujú divergenciu chromatíd v anafáze mitózy a homológnych chromozómov počas meiózy.
Mikrotubuly – rúrkovité útvary rôznych dĺžok. Sú súčasťou centrioly, mitotického vretienka, bičíkov, mihalníc, plnia podpornú funkciu, podporujú pohyb vnútrobunkových štruktúr.
Mikrovlákna – filamentózne tenké útvary nachádzajúce sa v celej cytoplazme, no najmä pod bunkovou membránou je ich veľa. Spolu s mikrotubulmi tvoria cytoskelet bunky, určujú prietok cytoplazmy, vnútrobunkový pohyb vezikúl, chloroplastov a iných organel.
Bunková evolúcia
Vo vývoji bunky existujú dve fázy:
1.Chemický.
2. Biologické.
Chemická fáza začala asi pred 4,5 miliardami rokov. Pod vplyvom ultrafialové žiarenie, žiarenie, výboje blesku (zdroje energie), vznik prvých jednoduchých chemické zlúčeniny- monoméry a potom zložitejšie - polyméry a ich komplexy (sacharidy, lipidy, proteíny, nukleové kyseliny).
Biologické štádium tvorby buniek začína objavením sa probiontov - samostatných komplexných systémov schopných samoreprodukcie, samoregulácie a prirodzeného výberu. Probionty sa objavili pred 3-3,8 miliardami rokov. Prvé prokaryotické bunky, baktérie, vznikli z probiontov. Eukaryotické bunky sa vyvinuli z prokaryotov (pred 1-1,4 miliardami rokov) dvoma spôsobmi:
1) Symbiózou niekoľkých prokaryotických buniek – ide o symbiotickú hypotézu;
2) Invagináciou bunkovej membrány. Podstatou hypotézy invaginácie je, že prokaryotická bunka obsahovala niekoľko genómov pripojených k bunkovej membráne. Potom nastala invaginácia - invaginácia, šnurovanie bunkovej membrány a tieto genómy sa zmenili na mitochondrie, chloroplasty a jadro.
Bunková diferenciácia a špecializácia .
Diferenciácia je tvorba rôznych typov buniek a tkanív počas vývoja mnohobunkového organizmu. Jedna z hypotéz spája diferenciáciu s génovou expresiou počas individuálneho vývoja. Expresia je proces zaraďovania určitých génov do práce, ktorý vytvára podmienky pre riadenú syntézu látok. Preto dochádza k rozvoju a špecializácii tkanív jedným alebo druhým smerom.
Podobné informácie.
Bunková membrána tiež nazývaná plazmatická (alebo cytoplazmatická) membrána a plazmaléma. Táto štruktúra nielenže oddeľuje vnútorný obsah bunky od vonkajšieho prostredia, ale vstupuje aj do zloženia väčšiny bunkových organel a jadra, čím ich oddeľuje od hyaloplazmy (cytosol) - viskózno-kvapalnej časti cytoplazmy. Dohodnime sa, že zavoláme cyto plazmatická membrána ten, ktorý oddeľuje obsah bunky od vonkajšieho prostredia. Ostatné výrazy označujú všetky membrány.
Štruktúra bunkovej (biologickej) membrány je založená na dvojitej vrstve lipidov (tukov). Tvorba takejto vrstvy je spojená so zvláštnosťami ich molekúl. Lipidy sa vo vode nerozpúšťajú, ale vlastným spôsobom kondenzujú. Jedna časť jednej molekuly lipidu je polárna hlava (je priťahovaná vodou, to znamená, že je hydrofilná) a druhá je pár dlhých nepolárnych chvostov (táto časť molekuly je odpudzovaná vodou, tj. je hydrofóbna). Táto štruktúra molekúl ich núti „skryť“ svoje chvosty pred vodou a otáčať ich polárne hlavy smerom k vode.
V dôsledku toho sa vytvorí dvojitá lipidová vrstva, v ktorej sú nepolárne chvosty vo vnútri (obrátené k sebe) a polárne hlavy smerom von (smerom k vonkajšiemu prostrediu a cytoplazme). Povrch takejto membrány je hydrofilný, ale vo vnútri je hydrofóbny.
V bunkových membránach medzi lipidmi prevládajú fosfolipidy (pozri komplexné lipidy). Ich hlavy obsahujú zvyšok kyseliny fosforečnej. Okrem fosfolipidov existujú glykolipidy (lipidy + sacharidy) a cholesterol (označuje sa steroly). Ten dodáva membráne tuhosť a nachádza sa v jej hrúbke medzi koncami zostávajúcich lipidov (cholesterol je úplne hydrofóbny).
V dôsledku elektrostatickej interakcie sú niektoré proteínové molekuly pripojené k nabitým lipidovým hlavám, ktoré sa stávajú povrchovými membránovými proteínmi. Iné proteíny interagujú s nepolárnymi chvostmi, čiastočne sa ponoria do dvojitej vrstvy alebo do nej prenikajú skrz naskrz.
Bunková membrána teda pozostáva z dvojitej vrstvy lipidov, povrchových (periférnych), submerzných (semiintegrálnych) a permeabilných (integrálnych) proteínov. Okrem toho sú niektoré proteíny a lipidy na vonkajšej strane membrány spojené so sacharidovými reťazcami.
to kvapalinovo-mozaikový model membránovej štruktúry bola uvedená na trh v 70. rokoch XX storočia. Predtým sa predpokladal sendvičový model štruktúry, podľa ktorého je lipidová dvojvrstva vo vnútri a na vnútornej a vonkajšej strane je membrána pokrytá súvislými vrstvami povrchových proteínov. Nahromadenie experimentálnych údajov však túto hypotézu vyvrátilo.
Hrúbka membrán v rôznych bunkách je asi 8 nm. Membrány (dokonca aj rôzne strany toho istého) sa líšia v percentách odlišné typy lipidy, bielkoviny, enzymatická aktivita atď. Niektoré membrány sú tekutejšie a priepustnejšie, iné sú hustejšie.
Praskliny bunkovej membrány sa ľahko spájajú v dôsledku fyzikálno-chemických charakteristík lipidovej dvojvrstvy. V rovine membrány sa pohybujú lipidy a proteíny (pokiaľ nie sú fixované cytoskeletom).
Funkcie bunkovej membrány
Väčšina proteínov ponorených do bunkovej membrány plní enzymatickú funkciu (sú to enzýmy). Často (najmä v membránach bunkových organel) sú enzýmy usporiadané v určitom poradí tak, že produkty reakcie katalyzované jedným enzýmom prechádzajú na druhý, potom tretí atď. Vytvorí sa dopravník, ktorý stabilizuje povrchové proteíny, pretože umožňujú enzýmom plávať pozdĺž lipidovej dvojvrstvy.
Bunková membrána plní vymedzujúcu (bariérovú) funkciu od okolia a zároveň funkciu transportnú. Môžeme povedať, že toto je jeho najdôležitejší účel. Cytoplazmatická membrána, ktorá má pevnosť a selektívnu permeabilitu, udržuje stálosť vnútorného zloženia bunky (jej homeostázu a integritu).
V tomto prípade dochádza k transportu látok rôzne cesty... Transport koncentračného gradientu zahŕňa pohyb látok z oblasti s vyššou koncentráciou do oblasti s nižšou (difúzia). Napríklad plyny (CO 2, O 2) difundujú.
Existuje aj transport proti koncentračnému spádu, ale s výdajom energie.
Doprava je pasívna a ľahká (keď jej pomôže nejaký prepravca). Pre látky rozpustné v tukoch je možná pasívna difúzia cez bunkovú membránu.
Existujú špeciálne bielkoviny, vďaka ktorým sú membrány priepustné pre cukry a iné vo vode rozpustné látky. Tieto nosiče sa viažu na transportované molekuly a ťahajú ich cez membránu. Takto sa glukóza prenáša vo vnútri erytrocytov.
Penetrujúce proteíny, keď sa spoja, môžu vytvoriť pór na pohyb určitých látok cez membránu. Takéto nosiče sa nepohybujú, ale tvoria kanál v membráne a fungujú podobne ako enzýmy, viažu určitú látku. Prenos sa uskutočňuje v dôsledku zmeny konformácie proteínu, v dôsledku ktorej sa v membráne vytvárajú kanály. Príkladom je sodno-draselná pumpa.
Transportná funkcia membrány eukaryotickej bunky sa realizuje aj prostredníctvom endocytózy (a exocytózy). Vďaka týmto mechanizmom sa do bunky (a z nej) dostávajú veľké molekuly biopolymérov, dokonca aj celé bunky. Endo- a exocytóza nie je charakteristická pre všetky eukaryotické bunky (prokaryoty ju nemajú vôbec). Takže endocytóza sa pozoruje u prvokov a nižších bezstavovcov; u cicavcov absorbujú leukocyty a makrofágy škodlivé látky a baktérie, to znamená, že endocytóza vykonáva ochrannú funkciu pre telo.
Endocytóza sa delí na fagocytóza(cytoplazma obaľuje veľké častice) a pinocytóza(zachytenie kvapiek kvapaliny s látkami v nej rozpustenými). Mechanizmus týchto procesov je približne rovnaký. Absorbované látky na povrchu buniek sú obklopené membránou. Vytvorí sa vezikula (fagocytárna alebo pinocytická), ktorá sa potom presunie do bunky.
Exocytóza je odstraňovanie látok z bunky cytoplazmatickou membránou (hormóny, polysacharidy, bielkoviny, tuky atď.). Tieto látky sú uzavreté v membránových vezikulách, ktoré zapadajú do bunkovej membrány. Obe membrány sa spájajú a obsah je mimo bunky.
Cytoplazmatická membrána plní funkciu receptora. Na to sú na jeho vonkajšej strane umiestnené štruktúry, ktoré dokážu rozpoznať chemický alebo fyzikálny podnet. Niektoré z proteínov prenikajúcich zvonku do plazmalemy sú spojené s polysacharidovými reťazcami (tvoria glykoproteíny). Ide o druh molekulárnych receptorov, ktoré zachytávajú hormóny. Keď sa konkrétny hormón naviaže na svoj receptor, zmení svoju štruktúru. To následne spúšťa mechanizmus bunkovej odozvy. V tomto prípade sa kanály môžu otvoriť a určité látky môžu začať vstupovať do bunky alebo sa z nej vylučovať.
Receptorová funkcia bunkových membrán je dobre študovaná na základe pôsobenia hormónu inzulínu. Keď sa inzulín naviaže na svoj glykoproteínový receptor, aktivuje sa katalytická intracelulárna časť tohto proteínu (enzým adenylátcykláza). Enzým syntetizuje cyklický AMP z ATP. Už aktivuje alebo potláča rôzne enzýmy bunkového metabolizmu.
Receptorová funkcia cytoplazmatickej membrány zahŕňa aj rozpoznávanie susedných buniek rovnakého typu. Takéto bunky sa navzájom spájajú rôznymi medzibunkovými kontaktmi.
V tkanivách si bunky pomocou medzibunkových kontaktov môžu navzájom vymieňať informácie pomocou špeciálne syntetizovaných látok s nízkou molekulovou hmotnosťou. Jedným z príkladov takejto interakcie je kontaktná inhibícia, keď bunky prestanú rásť po prijatí informácie, že voľný priestor je obsadený.
Medzibunkové kontakty sú jednoduché (membrány rôznych buniek spolu susedia), uzamykateľné (invaginácia membrány jednej bunky do druhej), desmozómy (keď sú membrány spojené zväzkami priečnych vlákien, ktoré prenikajú do cytoplazmy). Okrem toho existuje variant medzibunkových kontaktov v dôsledku mediátorov (sprostredkovateľov) - synapsií. V nich sa signál prenáša nielen chemicky, ale aj elektricky. Synapsiami sa prenášajú signály medzi nervovými bunkami, ako aj z nervu do svalu.
Vonku je bunka pokrytá plazmatickou membránou (alebo vonkajšou bunkovou membránou) s hrúbkou asi 6-10 nm.
Bunková membrána je hustý film proteínov a lipidov (hlavne fosfolipidov). Molekuly lipidov sú usporiadané usporiadaným spôsobom - kolmo na povrch, v dvoch vrstvách, takže ich časti, ktoré intenzívne interagujú s vodou (hydrofilné), smerujú smerom von a časti inertné voči vode (hydrofóbne) - dovnútra.
Proteínové molekuly sú umiestnené v nespojitej vrstve na povrchu lipidového rámca na oboch stranách. Niektoré z nich sú ponorené do lipidovej vrstvy a niektoré ňou prechádzajú a vytvárajú oblasti, ktoré sú priepustné pre vodu. Tieto proteíny fungujú rôzne funkcie- niektoré z nich sú enzýmy, iné sú transportné proteíny podieľajúce sa na prenose určitých látok z prostredia do cytoplazmy a v opačnom smere.
Hlavné funkcie bunkovej membrány
Jednou z hlavných vlastností biologických membrán je selektívna permeabilita (semipermeabilita)- niektoré látky cez ne prechádzajú ťažko, iné ľahko a dokonca k vyššej koncentrácii, takže u väčšiny buniek je koncentrácia iónov Na vo vnútri oveľa nižšia ako v prostredí. Pre ióny K je charakteristický opačný vzťah: ich koncentrácia vo vnútri bunky je vyššia ako vonku. Preto ióny Na vždy majú tendenciu prenikať do bunky a ióny K - opustiť. Vyrovnaniu koncentrácií týchto iónov bráni prítomnosť špeciálneho systému v membráne, ktorý plní úlohu pumpy, ktorá pumpuje Na ióny von z bunky a súčasne pumpuje K ióny dovnútra.
Túžba Na iónov pohybovať sa zvonku dovnútra sa využíva na transport cukrov a aminokyselín do bunky. Aktívnym odstraňovaním iónov Na z bunky sa vytvárajú podmienky na tok glukózy a aminokyselín do bunky.
V mnohých bunkách dochádza k absorpcii látok aj prostredníctvom fagocytózy a pinocytózy. o fagocytóza pružná vonkajšia membrána tvorí malú priehlbinu, do ktorej zachytená častica padá. Táto depresia sa zväčšuje a častica je obklopená časťou vonkajšej membrány a je ponorená do cytoplazmy bunky. Fenomén fagocytózy je charakteristický pre améby a niektoré ďalšie prvoky, ako aj leukocyty (fagocyty). Podobne aj absorpcia tekutín bunkami potrebné pre klietku látok. Tento jav bol pomenovaný pinocytóza.
Vonkajšie membrány rôznych buniek sa výrazne líšia tak v chemickom zložení ich proteínov a lipidov, ako aj v ich relatívnom obsahu. Práve tieto vlastnosti určujú rozmanitosť fyziologickej aktivity membrán rôznych buniek a ich úlohu v živote buniek a tkanív.
Endoplazmatické retikulum bunky je spojené s vonkajšou membránou. Pomocou vonkajších membrán sa vytvárajú rôzne typy medzibunkových kontaktov, t.j. komunikácia medzi jednotlivými bunkami.
Mnoho typov buniek sa vyznačuje prítomnosťou veľkého počtu výčnelkov, záhybov, mikroklkov na ich povrchu. Prispievajú jednak k výraznému zväčšeniu povrchu buniek a zlepšeniu metabolizmu, ako aj k pevnejším väzbám jednotlivých buniek medzi sebou.
Na vonkajšej strane bunkovej membrány majú rastlinné bunky hrubé membrány, ktoré sú ľahko rozlíšiteľné pod optickým mikroskopom, pozostávajúce z celulózy (celulózy). Vytvárajú silnú oporu pre rastlinné pletivá (drevo).
Niektoré bunky živočíšneho pôvodu majú tiež množstvo vonkajších štruktúr umiestnených na vrchnej časti bunkovej membrány a majú ochranný charakter. Príkladom môže byť chitín krycích buniek hmyzu.
Funkcie bunkových membrán (stručne)
| Funkcia | Popis |
|---|---|
| Ochranná bariéra | Oddeľuje vnútorné organely bunky od vonkajšieho prostredia |
| Regulačné | Reguluje metabolizmus medzi vnútorným obsahom bunky a vonkajším prostredím |
| Vymedzovanie (rozčlenenie) | Rozdelenie vnútorného priestoru bunky na samostatné bloky (priehradky) |
| energie | - Akumulácia a transformácia energie; - svetelné reakcie fotosyntézy v chloroplastoch; - Absorpcia a sekrécia. |
| Receptor (informačný) | Podieľa sa na tvorbe vzrušenia a jeho vedení. |
| Motor | Vykonáva pohyb bunky alebo jej jednotlivých častí. |
Všetky živé organizmy na Zemi sa skladajú z buniek a každá bunka je obklopená ochranným obalom – membránou. Membránové funkcie však nie sú obmedzené na ochranu organel a oddelenie jednej bunky od druhej. Bunková membrána je komplexný mechanizmus, ktorý sa priamo podieľa na reprodukcii, regenerácii, výžive, dýchaní a mnohých ďalších dôležitých funkciách bunky.
Pojem „bunková membrána“ existuje už takmer storočie. Samotné slovo "membrána" v preklade z latinčiny znamená "film". Ale v prípade bunkovej membrány by bolo správnejšie hovoriť o súbore dvoch fólií spojených určitým spôsobom a navyše rôzne strany týchto fólií majú rôzne vlastnosti.
Bunková membrána (cytolema, plazmaléma) je trojvrstvová lipoproteínová (tukovo-proteínová) membrána, ktorá oddeľuje každú bunku od susedných buniek a prostredia a vykonáva riadenú výmenu medzi bunkami a prostredím.
V tejto definícii nie je rozhodujúce, že bunková membrána oddeľuje jednu bunku od druhej, ale že zabezpečuje jej interakciu s ostatnými bunkami a prostredím. Membrána je veľmi aktívna, neustále fungujúca štruktúra bunky, ktorej príroda zverila mnoho funkcií. Z nášho článku sa dozviete všetko o zložení, štruktúre, vlastnostiach a funkciách bunkovej membrány, ako aj o nebezpečenstve, ktoré pre ľudské zdravie predstavujú porušenia vo fungovaní bunkových membrán.
História výskumu bunkových membrán
V roku 1925 boli dvaja nemeckí vedci Gorter a Grendel schopní vykonať zložitý experiment na červených krvinkách ľudskej krvi, erytrocytoch. Vedci pomocou osmotického úderu získali takzvané „tiene“ – prázdne schránky červených krviniek, potom ich dali na jednu hromadu a zmerali povrch. Ďalším krokom bol výpočet množstva lipidov v bunkovej membráne. Vedci pomocou acetónu izolovali lipidy z „tieňov“ a určili, že ich stačí akurát na dvojitú súvislú vrstvu.
Počas experimentu sa však urobili dve hrubé chyby:
Použitie acetónu neumožňuje izoláciu absolútne všetkých lipidov z membrán;
Plocha povrchu „tieňov“ bola vypočítaná na základe suchej hmotnosti, čo je tiež nesprávne.
Keďže prvá chyba dala vo výpočtoch mínus a druhá plus, celkový výsledok sa ukázal byť prekvapivo presný a nemeckí vedci priniesli do vedeckého sveta najdôležitejší objav - lipidovú dvojvrstvu bunkovej membrány.
V roku 1935 ďalšia dvojica výskumníkov, Danielle a Dawson, po dlhých experimentoch na bilipidových filmoch dospela k záveru o prítomnosti proteínov v bunkových membránach. Neexistoval žiadny iný spôsob, ako vysvetliť, prečo majú tieto filmy také vysoké povrchové napätie. Vedci predstavili verejnosti schematický model bunkovej membrány podobnej sendviču, kde homogénne lipidovo-proteínové vrstvy zohrávajú úlohu krajcov chleba a medzi nimi je namiesto masla prázdnota.
V roku 1950 sa s pomocou prvého elektrónového mikroskopu čiastočne potvrdila teória Danielle-Dawsonovej - na mikrosnímkach bunkovej membrány boli jasne viditeľné dve vrstvy pozostávajúce z lipidových a proteínových hlavičiek a medzi nimi priehľadný priestor vyplnený len chvostíkmi lipidov. a bielkoviny.
V roku 1960, vedený týmito údajmi, americký mikrobiológ J. Robertson vypracoval teóriu trojvrstvovej štruktúry bunkových membrán, ktorá dlho bol považovaný za jediný pravdivý. S rozvojom vedy sa však objavovali stále väčšie pochybnosti o homogenite týchto vrstiev. Z hľadiska termodynamiky je takáto štruktúra krajne nevýhodná – pre bunky by bolo veľmi náročné transportovať látky dovnútra a von cez celý „sendvič“. Okrem toho je dokázané, že bunkové membrány rôznych tkanív majú rôznu hrúbku a spôsoby uchytenia, ktoré sú spôsobené rôznymi funkciami orgánov.
V roku 1972 mikrobiológovia S.D. Speváčka a G.L. Nicholsonovi sa podarilo vysvetliť všetky nezrovnalosti v Robertsonovej teórii pomocou nového, fluidno-mozaikového modelu bunkovej membrány. Vedci zistili, že membrána je heterogénna, asymetrická, naplnená kvapalinou a jej bunky sú v neustálom pohybe. A proteíny, ktoré ju tvoria, majú inú štruktúru a účel, navyše sú umiestnené rôznymi spôsobmi vzhľadom na bilipidovú vrstvu membrány.
Zloženie bunkových membrán obsahuje proteíny troch typov:
Periférne - pripevnené k povrchu filmu;
Polointegrálne- čiastočne prenikajú do bilipidovej vrstvy;
Integrálne - úplne prenikajú membránou.
Periférne proteíny sú spojené s hlavami membránových lipidov prostredníctvom elektrostatickej interakcie a nikdy nevytvoria súvislú vrstvu, ako sa predtým verilo. Polointegrálne a integrálne proteíny slúžia na transport kyslíka do bunky a živiny, ako aj na odstraňovanie produktov rozkladu z neho a na niekoľko ďalších dôležitých funkcií, o ktorých sa dozviete nižšie.
Bunková membrána vykonáva tieto funkcie:
Bariéra - priepustnosť membrány pre odlišné typy molekuly nie sú rovnaké. Ak chcete obísť bunkovú membránu, molekula musí mať určitú veľkosť, Chemické vlastnosti a elektrický náboj. Škodlivé alebo nevhodné molekuly v dôsledku bariérovej funkcie bunkovej membrány jednoducho nemôžu preniknúť do bunky. Napríklad pomocou peroxisovej reakcie membrána chráni cytoplazmu pred peroxidmi, ktoré sú pre ňu nebezpečné;
Transport - cez membránu prechádza pasívna, aktívna, regulovaná a selektívna výmena. Pasívny metabolizmus je vhodný pre látky rozpustné v tukoch a plyny pozostávajúce z veľmi malých molekúl. Takéto látky prenikajú do a von z bunky bez vynaloženia energie, voľne, difúznou metódou. Aktívna transportná funkcia bunkovej membrány sa aktivuje v prípade potreby, ale ťažko transportovateľné látky je potrebné transportovať do bunky alebo z bunky. Napríklad vlastniť veľká veľkosť molekuly, alebo nie sú schopné prechádzať cez bilipidovú vrstvu v dôsledku hydrofóbnosti. Potom začnú pracovať proteínové pumpy, vrátane ATPázy, ktorá je zodpovedná za absorpciu iónov draslíka do bunky a vypudzovanie iónov sodíka z nej. Regulovaný transport je nevyhnutný pre funkcie sekrécie a fermentácie, napríklad keď bunky produkujú a vylučujú hormóny resp tráviace šťavy... Všetky tieto látky opúšťajú bunky špeciálnymi kanálmi a v danom objeme. A selektívna transportná funkcia je spojená s veľmi integrálnymi proteínmi, ktoré prenikajú membránou a slúžia ako kanál pre vstup a výstup presne definovaných typov molekúl;
Matrix - bunková membrána určuje a fixuje vzájomné usporiadanie organel (jadro, mitochondrie, chloroplasty) a reguluje interakciu medzi nimi;
Mechanické - poskytuje obmedzenie jednej bunky od druhej a súčasne - správne pripojenie bunky do homogénneho tkaniva a odolnosti orgánu voči deformácii;
Ochranné - u rastlín aj živočíchov slúži bunková membrána ako základ pre budovanie ochranného rámca. Medzi príklady patrí tvrdé drevo, hustá koža a ostnaté tŕne. V živočíšnej ríši je tiež veľa príkladov ochrannej funkcie bunkových membrán – panciera korytnačky, chitínová membrána, kopytá a rohy;
Energia - procesy fotosyntézy a bunkového dýchania by boli nemožné bez účasti proteínov bunkovej membrány, pretože bunky si vymieňajú energiu pomocou proteínových kanálov;
Receptor – proteíny uložené v bunkovej membráne môžu mať ešte jednu dôležitú funkciu. Slúžia ako receptory, cez ktoré bunka dostáva signál od hormónov a neurotransmiterov. A to je zase potrebné na vedenie nervových impulzov a normálny prietok hormonálne procesy;
Enzymatické - iné dôležitá funkcia, vlastný niektorým proteínom bunkových membrán. Napríklad v črevnom epiteli sa pomocou takýchto proteínov syntetizujú tráviace enzýmy;
Biopotenciál- koncentrácia draselných iónov vo vnútri bunky je oveľa vyššia ako vonku a koncentrácia sodíkových iónov je naopak vyššia vonku ako vo vnútri. To vysvetľuje potenciálny rozdiel: vo vnútri bunky je náboj negatívny, vonku je pozitívny, čo podporuje pohyb látok do bunky a von v ktoromkoľvek z troch typov metabolizmu - fagocytóza, pinocytóza a exocytóza;
Značenie – na povrchu bunkových membrán sú takzvané „štítky“ – antigény pozostávajúce z glykoproteínov (proteíny s rozvetvenými bočnými oligosacharidovými reťazcami, ktoré sú na nich naviazané). Keďže postranné reťazce môžu mať obrovskú rozmanitosť konfigurácií, každý typ bunky dostane svoje vlastné jedinečné označenie, ktoré umožňuje ostatným bunkám v tele ich rozpoznať „z pohľadu“ a správne na ne reagovať. Preto napr. imunitných buniek osoba, makrofágy, ľahko rozpoznajú cudzinca, ktorý sa dostal do tela (infekcia, vírus) a pokúsia sa ho zničiť. To isté sa deje s chorými, zmutovanými a starými bunkami – zmení sa štítok na ich bunkovej membráne a telo sa ich zbaví.
Bunková výmena prebieha cez membrány a môže sa uskutočniť pomocou troch hlavných typov reakcií:
Fagocytóza je bunkový proces, pri ktorom fagocytové bunky zabudované do membrány zachytávajú a trávia pevné častice živín. V ľudskom tele fagocytózu vykonávajú membrány dvoch typov buniek: granulocyty (granulárne leukocyty) a makrofágy (bunky zabíjajúce imunitu);
Pinocytóza je proces zachytávania tekutých molekúl, ktoré sú s ňou v kontakte, povrchom bunkovej membrány. Aby sa kŕmila typom pinocytózy, bunka rastie na svojej membráne tenkými chlpatými výrastkami vo forme úponkov, ktoré akoby obklopujú kvapôčku kvapaliny, a získa sa bublina. Po prvé, táto bublina vyčnieva nad povrch membrány a potom sa "prehltne" - skrýva sa vo vnútri bunky a jej steny sa spájajú s vnútorným povrchom bunkovej membrány. Pinocytóza sa vyskytuje takmer vo všetkých živých bunkách;
Exocytóza je reverzný proces, pri ktorom sa vo vnútri bunky tvoria bublinky so sekrečnou funkčnou tekutinou (enzým, hormón), ktorú treba z bunky nejakým spôsobom odstrániť do okolia. Za týmto účelom sa bublina najskôr spojí s vnútorným povrchom bunkovej membrány, potom vyčnieva von, praskne, vytlačí obsah a opäť sa spojí s povrchom membrány, tentoraz zvonku. Exocytóza prebieha napríklad v bunkách črevného epitelu a kôry nadobličiek.
Bunkové membrány obsahujú lipidy troch tried:
fosfolipidy;
glykolipidy;
Cholesterol.
Fosfolipidy (kombinácia tukov a fosforu) a glykolipidy (kombinácia tukov a sacharidov) zase pozostávajú z hydrofilnej hlavy, z ktorej sa rozprestierajú dva dlhé hydrofóbne chvosty. Ale cholesterol niekedy zaberá priestor medzi týmito dvoma chvostmi a bráni im v ohýbaní, čo spôsobuje, že membrány niektorých buniek sú tuhé. Okrem toho molekuly cholesterolu organizujú štruktúru bunkových membrán a zabraňujú prechodu polárnych molekúl z jednej bunky do druhej.
Ale najdôležitejšou zložkou, ako môžete vidieť z predchádzajúcej časti o funkciách bunkových membrán, sú proteíny. Ich zloženie, účel a umiestnenie sú veľmi rôznorodé, ale je tu niečo spoločné, čo ich všetky spája: prstencové lipidy sa vždy nachádzajú okolo proteínov bunkových membrán. Ide o špeciálne tuky, ktoré sú jasne štruktúrované, stabilné, obsahujú viac nasýtených mastných kyselín a z membrán sa uvoľňujú spolu so „sponzorovanými“ bielkovinami. Ide o akúsi osobnú ochrannú schránku pre proteíny, bez ktorej by jednoducho nefungovali.
Štruktúra bunkovej membrány je trojvrstvová. V strede leží relatívne homogénna tekutá bilipidová vrstva a bielkoviny ju pokrývajú z oboch strán ako mozaika, čiastočne prenikajúca do hrúbky. To znamená, že by bolo nesprávne myslieť si, že vonkajšie proteínové vrstvy bunkových membrán sú súvislé. Bielkoviny, okrem svojich vlastných komplexné funkcie, sú potrebné v membráne, aby prešli do buniek a transportovali z nich tie látky, ktoré nie sú schopné preniknúť do tukovej vrstvy. Napríklad ióny draslíka a sodíka. Pre nich sú k dispozícii špeciálne proteínové štruktúry - iónové kanály, o ktorých budeme podrobnejšie diskutovať nižšie.
Ak sa na bunkovú membránu pozriete mikroskopom, môžete vidieť vrstvu lipidov tvorenú najmenšími guľovitými molekulami, pozdĺž ktorých plávajú veľké proteínové bunky rôznych tvarov ako v mori. Presne tie isté membrány rozdeľujú vnútorný priestor každej bunky na kompartmenty, v ktorých je pohodlne umiestnené jadro, chloroplasty a mitochondrie. Ak by vnútri bunky neboli oddelené „miestnosti“, organely by sa k sebe prilepili a nemohli by správne plniť svoje funkcie.
Bunka je komplex organel, štruktúrovaný a ohraničený membránami, ktorý sa podieľa na komplexe energetických, metabolických, informačných a reprodukčných procesov zabezpečujúcich životnú činnosť organizmu.
Ako môžete vidieť z tejto definície, membrána je najdôležitejšou funkčnou zložkou každej bunky. Jeho význam je rovnako veľký ako význam jadra, mitochondrií a iných bunkových organel. A jedinečné vlastnosti membrány sú spôsobené jej štruktúrou: pozostáva z dvoch fólií, zlepených špeciálnym spôsobom. Fosfolipidové molekuly v membráne sú umiestnené s hydrofilnými hlavami smerom von a hydrofóbnymi chvostmi dovnútra. Preto je jedna strana fólie navlhčená vodou, zatiaľ čo druhá nie. Tieto filmy sú teda navzájom spojené nezmáčanými stranami dovnútra a vytvárajú bilipidovú vrstvu obklopenú molekulami proteínov. Toto je samotná "sendvičová" štruktúra bunkovej membrány.
Iónové kanály bunkových membrán
Pozrime sa podrobnejšie na princíp fungovania iónových kanálov. Na čo sú potrebné? Faktom je, že cez lipidovú membránu môžu voľne prenikať iba látky rozpustné v tukoch - sú to samotné plyny, alkoholy a tuky. Takže napríklad v červených krvinkách sa kyslík neustále vymieňa a oxid uhličitý, a preto sa naše telo nemusí uchyľovať k žiadnym dodatočným trikom. Ale čo keď je potrebné transportovať vodné roztoky, ako sú sodné a draselné soli, cez bunkovú membránu?
Vydláždiť cestu takýmto látkam v bilipidovej vrstve by bolo nemožné, pretože otvory by sa okamžite stiahli a zlepili, taká je štruktúra akéhokoľvek tukového tkaniva. Ale príroda, ako vždy, našla východisko zo situácie a vytvorila špeciálne štruktúry na transport bielkovín.
Existujú dva typy vodivých proteínov:
Dopravníky - polointegrálne proteínové čerpadlá;
Formátory kanálov sú integrálne proteíny.
Proteíny prvého typu sú čiastočne ponorené do bilipidovej vrstvy bunkovej membrány a hľadia von hlavou a v prítomnosti potrebnej látky sa začnú správať ako pumpa: priťahujú molekulu a nasávajú ju do bunky. . A proteíny druhého typu, integrálne, majú predĺžený tvar a sú umiestnené kolmo na bilipidovú vrstvu bunkovej membrány a prenikajú cez ňu. Pozdĺž nich, ako cez tunely, sa do bunky a von z nej presúvajú látky, ktoré nie sú schopné prejsť cez tuk. Draslíkové ióny prenikajú do bunky a hromadia sa v nej cez iónové kanály, zatiaľ čo sodíkové ióny sa naopak odstraňujú von. Existuje rozdiel v elektrických potenciáloch, ktorý je taký potrebný pre správne fungovanie všetkých buniek v našom tele.
Najdôležitejšie závery o štruktúre a funkcii bunkových membrán
Teória vždy vyzerá zaujímavo a sľubne, ak sa dá dobre využiť v praxi. Objav štruktúry a funkcií bunkových membrán ľudského tela umožnil vedcom urobiť skutočný prielom vo vede všeobecne, a najmä v medicíne. Nie je náhoda, že sme sa tak podrobne zaoberali iónovými kanálmi, pretože práve tu leží odpoveď na jednu z najdôležitejších otázok našej doby: prečo ľudia čoraz častejšie ochorejú na onkológiu?
Rakovina si každoročne vyžiada približne 17 miliónov životov na celom svete a je štvrtou najčastejšou príčinou všetkých úmrtí. Podľa WHO výskyt rakoviny neustále rastie a do konca roku 2020 môže dosiahnuť 25 miliónov ročne.
Čo vysvetľuje skutočnú epidémiu rakoviny a čo s tým má spoločné funkcia bunkových membrán? Poviete si: dôvodom sú zlé podmienky prostredia, nesprávna výživa, zlé návyky a ťažká dedičnosť. A, samozrejme, budete mať pravdu, ale ak sa budeme o probléme baviť podrobnejšie, tak dôvodom je prekyslenie ľudského organizmu. Vyššie uvedené negatívne faktory vedú k narušeniu bunkových membrán, útlmu dýchania a výživy.
Tam, kde by malo byť plus, sa vytvorí mínus a bunka nemôže normálne fungovať. Ale rakovinové bunky nepotrebujú kyslík ani zásadité prostredie – sú schopné využívať anaeróbny typ výživy. Preto v podmienkach hladovanie kyslíkom a off-scale pH, zdravé bunky mutujú, aby sa prispôsobili svojmu prostrediu a stali sa rakovinovými bunkami. Takto človek ochorie na onkológiu. Aby ste tomu zabránili, stačí konzumovať dostatok čistá voda denne a vyhýbajte sa karcinogénom v potravinách. Ľudia si to však spravidla dokonale uvedomujú škodlivé produkty a potrebu kvalitnej vody a nič nerobia - dúfajú, že ich problémy obídu.
Keďže lekári poznajú vlastnosti štruktúry a funkcií bunkových membrán rôznych buniek, môžu tieto informácie použiť na poskytnutie cielených, cielených terapeutických účinkov na telo. Mnohé moderné lieky Keď sú v našom tele, hľadajú želaný „cieľ“, ktorým môžu byť iónové kanály, enzýmy, receptory a biomarkery bunkových membrán. Tento spôsob liečby umožňuje dosiahnuť lepšie výsledky s minimálnymi vedľajšími účinkami.
Keď sa antibiotiká poslednej generácie dostanú do krvného obehu, nezabijú všetky bunky za sebou, ale hľadajú bunky patogénu so zameraním na markery v jeho bunkových membránach. Najnovšie lieky proti migréne, triptány, sťahujú iba zapálené cievy mozgu, pričom takmer bez ovplyvnenia srdca a periférnych obehový systém... A potrebné cievy rozpoznávajú presne podľa bielkovín svojich bunkových membrán. Existuje veľa takýchto príkladov, takže môžeme s istotou povedať, že znalosť štruktúry a funkcií bunkové membrány podporuje rozvoj moderných medicínska veda a každý rok zachráni milióny životov.
vzdelanie: Moskovský liečebný ústav ich. IM Sechenov, odbor - "Všeobecné lekárstvo" v roku 1991, v roku 1993 "Choroby z povolania", v roku 1996 "Terapia".
