Membrane imajo veliko različnih funkcij:
membrane določajo obliko organele ali celice;
ovira: nadzor izmenjave topnih snovi (na primer ionov Na +, K +, Cl -) med notranjim in zunanjim oddelkom;
energična: sinteza ATP na notranjih membranah mitohondrijev in fotosinteza v membranah kloroplastov; tvorijo površino za pretok kemične reakcije(fosforilacija na mitohondrijski membrani);
so struktura, ki zagotavlja prepoznavanje kemičnih signalov (hormonski in nevrotransmiterski receptorji se nahajajo na membrani);
igrajo vlogo pri medcelični komunikaciji in spodbujajo gibanje celic.
Prevoz čez membrano. Membrana ima selektivno prepustnost za topne snovi, ki je potrebna za:
ločitev celice od zunajceličnega okolja;
zagotavljanje prodiranja v celico in zadrževanje v njej potrebnih molekul (kot so lipidi, glukoza in aminokisline), pa tudi odstranjevanje presnovnih produktov (vključno z nepotrebnimi) iz celice;
vzdrževanje transmembranskega ionskega gradienta.
Intracelularne organele imajo lahko tudi selektivno prepustno membrano. Na primer, v lizosomih membrana vzdržuje koncentracijo vodikovih ionov (H +) 1000-10000-krat višjo kot v citosolu.
Prevoz čez membrano je lahko pasivno, lahek oz aktiven.
Pasivni transport je gibanje molekul ali ionov vzdolž koncentracijskega ali elektrokemičnega gradienta. To je lahko preprosta difuzija, kot v primeru plinov (npr. O 2 in CO 2) ali preprostih molekul (etanol), ki prodrejo v plazemsko membrano. S preprosto difuzijo se majhne molekule, raztopljene v zunajcelični tekočini, nato raztopijo v membrani in nato v znotrajcelični tekočini. Ta proces je nespecifičen, medtem ko je hitrost prodiranja skozi membrano določena s stopnjo hidrofobnosti molekule, torej z njeno topnostjo v maščobi. Hitrost difuzije skozi lipidni dvosloj je neposredno sorazmerna s hidrofobnostjo, pa tudi s transmembranskim koncentracijskim gradientom ali elektrokemičnim gradientom.
Olajšana difuzija je hitro premikanje molekul čez membrano z uporabo specifičnih membranskih proteinov, imenovanih permeaze. Ta proces je specifičen, poteka hitreje kot preprosta difuzija, vendar ima omejitev transportne hitrosti.
Pospešena difuzija je običajno značilna za vodotopne snovi. Večina (če ne vsi) membranskih prenašalcev so beljakovine. Specifični mehanizem delovanja nosilcev pri olajšani difuziji ni dovolj raziskan. Lahko na primer zagotovijo prenos po rotacijskega gibanja v membrani. V Zadnje čase pojavile so se informacije, da nosilni proteini ob stiku s transportirano snovjo spremenijo svojo konformacijo, zaradi česar se v membrani odprejo nekakšna "vrata" ali kanali. Te spremembe nastanejo zaradi energije, ki se sprosti, ko se transportirana snov veže na beljakovino. Možen je tudi relejni prenos. V tem primeru sam nosilec ostane nepremičen, ioni pa migrirajo vzdolž nje iz ene hidrofilne vezi v drugo.
Antibiotik gramicidin lahko služi kot model za to vrsto nosilca. V lipidni plasti membrane ima njena dolga linearna molekula obliko spirale in tvori hidrofilni kanal, skozi katerega lahko K ion migrira vzdolž gradienta.
Eksperimentalni dokazi za obstoj naravnih kanalov v biološke membrane Oh. Transportne beljakovine so zelo specifične glede na snov, ki se prevaža skozi membrano, po številnih lastnostih spominja na encime. So zelo občutljivi na pH, kompetitivno jih zavirajo spojine, ki so po strukturi podobne transportirani snovi, in nekonkurenčno z sredstvi, ki spreminjajo specifične funkcionalne skupine beljakovin.
Olajšana difuzija se od običajne difuzije ne razlikuje le po hitrosti, ampak tudi po sposobnosti nasičenja. Povečanje hitrosti prenosa snovi se pojavi sorazmerno s povečanjem koncentracijskega gradienta le do določenih mej. Slednje določa "moč" nosilca.
Aktivni transport je gibanje ionov ali molekul čez membrano proti koncentracijskemu gradientu zaradi energije hidrolize ATP. Obstajajo tri glavne vrste aktivnega ionskega transporta:
natrijevo-kalijeva črpalka - Na + / K + -adenozin trifosfataza (ATPaza), ki prenaša Na + navzven in K + v notranjost;
kalcijeva (Ca 2+) črpalka - Ca 2+ -ATPaza, ki prenaša Ca 2+ iz celice ali citosola v sarkoplazmatski retikulum;
protonska črpalka - H + -ATPaza. Ionski gradienti, ki nastanejo z aktivnim transportom, se lahko uporabijo za aktivni transport drugih molekul, kot so nekatere aminokisline in sladkorji (sekundarni aktivni transport).
Sopromet- To je transport iona ali molekule, skupaj s prenosom drugega iona. Symport- hkratni prenos obeh molekul v eno smer; protipristanišče- hkratni prenos obeh molekul v nasprotnih smereh. Če transport ni povezan s prenosom drugega iona, se ta proces imenuje uniforma... Sopromet je možen tako z olajšano difuzijo kot med aktivnim transportom.
Glukozo je mogoče prenašati z olajšano difuzijo tipa simptoma. Ioni Cl - in HCO 3 - se prenašajo skozi membrano eritrocitov z olajšano difuzijo z nosilcem, imenovanim pas 3, kot je antiport. V tem primeru se Cl - in HCO 3 - transportirata v nasprotnih smereh, smer transporta pa je določena s prevladujočim koncentracijskim gradientom.
Aktivni transport ionov proti koncentracijskemu gradientu zahteva energijo, ki se sprosti med hidrolizo ATP v ADP: ATP ADP + F (anorganski fosfat). Za aktivni transport in olajšano difuzijo je značilna specifičnost, omejitev največje hitrosti (to je, da kinetična krivulja doseže plato) in prisotnost inhibitorjev. Primer je primarni aktivni transport, ki ga izvaja Na + / K + - ATPaza. Za delovanje tega encimskega antiport sistema je potrebna prisotnost Na +, K + in magnezijevih ionov. Prisoten je v skoraj vseh živalskih celicah, njegova koncentracija pa je še posebej visoka v razdražljivih tkivih (na primer v živcih in mišicah) in v celicah, ki aktivno sodelujejo pri gibanju Na+ skozi plazemsko membrano (npr. skorja ledvic in žlez slinavk) ...
Sam encim ATPaza je oligomer, sestavljen iz 2 -podenot po 110 kDa in 2 podenot glikoproteina po 55 kDa.. med hidrolizo ATP pride do reverzibilne fosforilacije določenega aspartatnega ostanka na -subjunkciji -aspartam s tvorbo fosfat.+ Na je potreben za fosforilacijo.Mg 2+, ne pa K+, medtem ko defosforilacija zahteva K+, ne pa Na+ ali Mg 2+. Opisani sta dve konformacijski stanji proteinskega kompleksa z različnimi nivoji energije, ki ju običajno označujemo E 1 in E 2, zato se ATPaza imenuje tudi tip nosilca E 1 - E 2 ... Srčni glikozidi, na primer digoksin in ouabain, zavirajo aktivnost ATPaze .. Ouabain se zaradi svoje dobre topnosti v vodi pogosto uporablja v eksperimentalne raziskave preučiti natrijevo črpalko.
Splošno sprejet koncept dela Na + / K + - ATPaze je naslednji. Ioni Na in ATP so vezani na molekulo ATPaze v prisotnosti Mg 2+. Vezava Na ionov sproži reakcijo hidrolize ATP, zaradi katere nastaneta ADP in fosforilirana oblika encima. Fosforilacija povzroči prehod encimskega proteina v novo konformacijsko stanje in mesto ali mesta, ki nosijo Na, so obrnjena proti zunanjemu okolju. Tu se Na + zamenja za K +, ker je za fosforilirano obliko encima značilna visoka afiniteta za K. ione, se povratni prehod encima v prvotno konformacijo sproži s hidrolitičnim cepljenjem fosforilne skupine v obliki anorganskega fosfata in ga spremlja sproščanje K + v notranji prostor celice. Defosforilirano aktivno mesto encima je sposobno pritrditi novo molekulo ATP in cikel se ponovi.
Količine ionov K in Na, ki vstopijo v celico zaradi delovanja črpalke, si med seboj nista enaki. Za tri odstranjene Na ione sta vnesena dva K iona s hkratno hidrolizo ene molekule ATP. Odpiranje in zapiranje kanala na nasprotnih straneh membrane ter izmenično spreminjanje učinkovitosti vezave Na in K zagotavlja energija hidrolize ATP. Preneseni ioni - Na in K - so kofaktorji te encimske reakcije. Teoretično si je mogoče predstavljati najrazličnejše črpalke, ki delujejo na tem principu, čeprav jih je trenutno znanih le nekaj.
Prevoz glukoze. Prenos glukoze lahko poteka tako po obliki olajšane difuzije kot aktivnega transporta, v prvem primeru poteka kot uniport, v drugem kot simptom. Glukoza se lahko prenese do rdečih krvnih celic z olajšano difuzijo. Michaelisova konstanta (K m) za transport glukoze v eritrocite je približno 1,5 mmol / L (to je pri tej koncentraciji glukoze približno 50 % razpoložljivih molekul permeaze vezanih na molekule glukoze). Ker je koncentracija glukoze v človeški krvi 4-6 mmol / l, je njena absorpcija v eritrocitih skoraj najvišja. Specifičnost permeaze se kaže že v tem, da se L-izomer skoraj ne prenaša v eritrocite, v nasprotju z D-galaktozo in D-manozo, vendar so za dosego polovične nasičenosti transportnega sistema potrebne njune višje koncentracije. Ko je v celici, se glukoza fosforilira in ne more več zapustiti celice. Glukozna permeaza se imenuje tudi D-heksozna permeaza. Je integralni membranski protein z molekulsko maso 45 kDa.
Glukozo lahko prenaša tudi sistem simptomov, odvisen od Na+, ki ga najdemo v plazemskih membranah številnih tkiv, vključno z ledvičnimi tubulami in črevesnim epitelijem. V tem primeru se ena molekula glukoze prenaša z olajšano difuzijo proti koncentracijskemu gradientu in en Na ion - vzdolž koncentracijskega gradienta. Celoten sistem na koncu deluje zaradi črpalne funkcije Na + / K + - ATPaze. Tako je symport sekundarni aktivni transportni sistem. Aminokisline se prenašajo na podoben način.
Ca 2+ črpalka je aktivni transportni sistem tipa E 1 - E 2, sestavljen iz integralnega membranskega proteina, ki se fosforilira na aspartatnem ostanku v procesu prenosa Ca 2+. Med hidrolizo vsake molekule ATP se preneseta dva iona Ca 2+. V evkariontskih celicah se lahko Ca 2+ veže na protein, ki veže kalcij, imenovan kalmodulin, celoten kompleks pa se veže na črpalko Ca 2+. Troponin C in parvalbumin sta tudi proteina, ki veže Ca 2+.
Ca ioni, tako kot ioni Na, se aktivno odstranijo iz celic s Ca 2+ -ATPazo. Membrane endoplazemskega retikuluma vsebujejo posebno veliko beljakovin kalcijeve črpalke. Verigo kemičnih reakcij, ki vodijo do hidrolize ATP in prenosa Ca 2+, lahko zapišemo v obliki naslednjih enačb:
2Ca n + ATP + E 1 Ca 2 - E - P + ADP
Ca 2 - E - P 2Ca int + PO 4 3- + E 2
Kjer je San Ca2 + zunaj;
Ca int - Ca 2+ znotraj;
E 1 in E 2 sta različni konformaciji nosilnega encima, katerega prehod iz enega v drugega je povezan z uporabo energije ATP.
Sistem aktivnega odstranjevanja H + iz citoplazme podpirata dve vrsti reakcij: aktivnost transportne verige elektronov (redoks veriga) in hidroliza ATP. Tako redoks kot hidrolitična H + črpalka se nahajata v membranah, ki lahko pretvarjajo svetlobno ali kemično energijo v H + energijo (to so plazemske membrane prokariotov, konjugacijske membrane kloroplastov in mitohondrijev). Kot rezultat dela H + ATPaze in / ali redoks verige se protoni premestijo in na membrani nastane protonska gibalna sila (H +). Kot kažejo študije, je elektrokemični gradient vodikovih ionov mogoče uporabiti za konjugiran transport (sekundarni aktivni transport) veliko število metaboliti - anioni, aminokisline, sladkorji itd.
Delovanje plazemske membrane je povezano z absorpcijo trdnih in tekočih snovi z veliko molekulsko maso v celico, - fagocitoza in pinocitoza(iz gerč. phagos- tukaj je , pinos- pijača, cytos- celica). Celična membrana tvori žepke ali invaginacije, ki črpajo snovi od zunaj. Nato se takšne invaginacije ločijo in obdajo z membrano kapljico zunanjega okolja (pinocitoza) ali trdni delci (fagocitoza). Pinocitozo opazimo v najrazličnejših celicah, zlasti v tistih organih, kjer potekajo procesi absorpcije.
1 - polarna glava fosfolipidne molekule
2 - rep maščobne kisline fosfolipidne molekule
3 - integralni protein
4 - periferni protein
5 - pol-integralni protein
6 - glikoprotein
7 - glikolipid
Zunanja celična membrana je lastna vsem celicam (živalskim in rastlinskim), ima debelino približno 7,5 (do 10) nm in je sestavljena iz lipidnih in beljakovinskih molekul.
Trenutno je običajen model gradnje tekočega mozaika celična membrana... Po tem modelu so molekule lipidov razporejene v dveh slojih, tako da so njihovi vodoodbojni konci (hidrofobni - topen v maščobah) obrnjeni drug proti drugemu, vodotopni (hidrofilni) pa na obrobju. Beljakovinske molekule so vgrajene v lipidni sloj. Nekateri od njih se nahajajo na zunanji ali notranji površini lipidnega dela, drugi so delno potopljeni ali prodrejo skozi membrano skozi in skozi.
Funkcije membrane :
Zaščitni, mejni, pregradni;
transport;
Receptor - izvaja se na račun beljakovin - receptorjev, ki imajo selektivno sposobnost za določene snovi (hormoni, antigeni itd.), Z njimi vstopijo v kemične interakcije, prenašajo signale v celico;
Sodelujte pri oblikovanju medceličnih stikov;
Zagotavlja gibanje nekaterih celic (gibanje amebe).
Živalske celice imajo tanko plast glikokaliksa na vrhu zunanje celične membrane. Je kompleks ogljikovih hidratov z lipidi in ogljikovih hidratov z beljakovinami. Glikokaliks je vključen v medcelične interakcije. Citoplazemske membrane večine celičnih organelov imajo popolnoma enako strukturo.
Imeti rastlinske celice zunaj citoplazemske membrane. ki se nahaja celične stene sestavljen iz celuloze.
Prenos snovi skozi citoplazemsko membrano .
Obstajata dva glavna mehanizma za vstop snovi v celico ali iz nje:
1. Pasivni transport.
2. Aktivni transport.
Pasivni transport snovi poteka brez porabe energije. Primer takega transporta sta difuzija in osmoza, pri kateri se premikanje molekul ali ionov izvaja iz območja z visoko koncentracijo v območje z nižjo koncentracijo, na primer molekul vode.
Aktivni transport – pri tej vrsti transporta molekule ali ioni prodrejo v membrano proti koncentracijskemu gradientu, kar zahteva energijo. Primer aktivnega transporta je natrijevo-kalijeva črpalka, ki aktivno črpa natrij iz celice in absorbira kalijeve ione iz zunanjega okolja ter jih prenaša v celico. Črpalka je posebna membranska beljakovina, ki jo poganja z ATP.
Aktivni transport ohranja stalen celični volumen in membranski potencial.
Prenos snovi se lahko izvaja z endocitozo in eksocitozo.
Endocitoza je prodiranje snovi v celico, eksocitoza je iz celice.
Med endocitozo plazemska membrana tvori invaginacijo ali izrastke, ki nato ovijejo snov in se, ko se odlepijo, spremenijo v mehurčke.
Obstajata dve vrsti endocitoze:
1) fagocitoza - absorpcija trdnih delcev (fagocitnih celic),
2) pinocitoza - absorpcija tekočega materiala. Pinocitoza je značilna za ameboidne protozoe.
Z eksocitozo se iz celic odstranijo različne snovi: iz prebavnih vakuol se odstranijo neprebavljeni ostanki hrane, iz sekretornih celic pa njihov tekoči izloček.
citoplazma -(citoplazma + jedro tvorita protoplazmo). Citoplazma je sestavljena iz vodne bazične snovi (citoplazemski matriks, hialoplazma, citosol) ter različnih organelov in vključkov v njej.
Vključki – odpadni produkti celic. Obstajajo 3 skupine vključkov - trofične, sekretorne (železne celice) in posebne (pigmentne) vrednosti.
organele - to so trajne strukture citoplazme, ki opravljajo določene funkcije v celici.
Dodeli organele skupna vrednost in posebnega. Posebne najdemo v večini celic, vendar so v znatnih količinah prisotne le v celicah, ki opravljajo določeno funkcijo. Sem spadajo mikrovili črevesnih epitelijskih celic, cilije epitelija sapnika in bronhijev, zastavice, miofibrile (zagotavljajo krčenje mišic itd.).
Organele splošnega pomena vključujejo EPS, Golgijev kompleks, mitohondrije, ribosome, lizosome, centriole celičnega centra, peroksisome, mikrotubule, mikrofilamente. V rastlinskih celicah - plastidi, vakuole. Organele splošnega pomena lahko razdelimo na organele z membransko in nemembransko strukturo.
Organele z membransko strukturo so dvomembranske in enomembranske. Mitohondrije in plastide imenujemo dve membrani. Na enomembranski - endoplazmatski retikulum, Golgijev kompleks, lizosomi, peroksisomi, vakuole.
Organele brez membran: ribosomi, celični center, mikrotubule, mikrofilamenti.
mitohondrije – to so organeli okrogle ali ovalne oblike. Sestavljeni so iz dveh membran: notranje in zunanje. Notranja membrana ima izrastke - kriste, ki delijo mitohondrije na predelke. Predelki so napolnjeni s snovjo - matriko. Matriks vsebuje DNK, mRNA, tRNA, ribosome, kalcijeve in magnezijeve soli. Tukaj poteka avtonomna biosinteza beljakovin. Glavna funkcija mitohondrijev je sinteza energije in njeno kopičenje v molekulah ATP. Novi mitohondriji nastanejo v celici kot posledica delitve starih.
Plastidi – organele, ki jih najdemo pretežno v rastlinskih celicah. So treh vrst: kloroplasti, ki vsebujejo zeleni pigment; kromoplasti (pigmenti rdeče, rumene, oranžne barve); levkoplasti (brezbarvni).
Kloroplasti so zaradi zelenega pigmenta klorofila sposobni sintetizirati organske snovi iz anorganskih z uporabo sončne energije.
Kromoplasti dajejo cvetju in plodu svetle barve.
Leukoplasti so sposobni kopičiti rezervne hranilne snovi: škrob, lipide, beljakovine itd.
Endoplazemski retikulum ( EPS ) je kompleksen sistem vakuol in kanalov, ki so omejeni z membranami. Razlikujte med gladkim (agranularnim) in grobim (zrnatim) EPS. Smooth nima ribosomov na svoji membrani. Sintetizira lipide, lipoproteine, kopiči in odstranjuje strupene snovi iz celice. Zrnati EPS ima membranske ribosome, v katerih se sintetizirajo beljakovine. Nato proteini vstopijo v Golgijev kompleks in od tam navzven.
Golgijev kompleks (Golgijev aparat) je kup sploščenih membranskih vrečk – cistern in z njimi povezanih sistem veziklov. Kup cistern se imenuje diktiosom.
Funkcije Golgijevega kompleksa : modifikacija beljakovin, sinteza polisaharidov, transport snovi, tvorba celične membrane, tvorba lizosomov.
lizosomi – so z membrano obdani vezikli, ki vsebujejo encime. Izvajajo znotrajcelično cepitev snovi in jih delimo na primarne in sekundarne. Primarni lizosomi vsebujejo encime v neaktivni obliki. Po vstopu v organele različne snovi aktivirajo se encimi in začne se proces prebave – to so sekundarni lizosomi.
Peroksisomi imajo obliko mehurčkov, omejenih z eno membrano. Vsebujejo encime, ki razgrajujejo vodikov peroksid, ki je strupen za celice.
Vakuole – to so organele rastlinskih celic, ki vsebujejo celični sok. V celični sok lahko pride do rezervnih hranil, pigmentov, odpadnih produktov. Vakuole sodelujejo pri ustvarjanju turgorskega tlaka, pri uravnavanju presnove vode in soli.
ribosomi – organele, sestavljene iz velikih in majhnih podenot. Lahko se nahajajo bodisi na EPS ali pa se prosto nahajajo v celici in tvorijo polisome. Sestavljeni so iz rRNA in beljakovin in nastajajo v jedrcu. Biosinteza beljakovin poteka v ribosomih.
Celični center – najdemo v celicah živali, gliv, nižjih rastlinah in ni v višjih rastlinah. Sestavljen je iz dveh centriolov in sevalne krogle. Centriol ima obliko votlega valja, katerega stena je sestavljena iz 9 trojčkov mikrotubul. Med delitvijo celice tvorijo niti mitotičnega vretena, ki zagotavljajo razhajanje kromatid v anafazi mitoze in homolognih kromosomov med mejozo.
mikrotubule – cevaste tvorbe različnih dolžin. So del centriolov, mitotičnega vretena, bičkov, cilijev, opravljajo podporno funkcijo, spodbujajo gibanje znotrajceličnih struktur.
Mikrofilamenti – nitaste tanke tvorbe, ki se nahajajo po vsej citoplazmi, vendar jih je še posebej veliko pod celično membrano. Skupaj z mikrotubulami tvorijo citoskelet celice, določajo pretok citoplazme, znotrajcelično gibanje veziklov, kloroplastov in drugih organelov.
Evolucija celic
V evoluciji celice sta dve stopnji:
1.Kemična.
2. Biološki.
Kemična faza se je začela pred približno 4,5 milijarde let. Pod vplivom ultravijolično sevanje, sevanje, razelektritve strele (viri energije), nastanek prvih preprostih kemične spojine- monomeri, nato pa bolj kompleksni - polimeri in njihovi kompleksi (ogljikovi hidrati, lipidi, beljakovine, nukleinske kisline).
Biološka faza nastajanja celic se začne s pojavom probiontov - ločenih kompleksnih sistemov, ki so sposobni samoreprodukcije, samoregulacije in naravne selekcije. Probioti so se pojavili pred 3-3,8 milijardami let. Prve prokariontske celice, bakterije, izvirajo iz probiontov. Evkariontske celice so se razvile iz prokariotov (pred 1-1,4 milijarde let) na dva načina:
1) S simbiozo več prokariontskih celic - to je simbiotska hipoteza;
2) Z invaginacijo celične membrane. Bistvo hipoteze o invaginaciji je, da je prokariontska celica vsebovala več genomov, pritrjenih na celično membrano. Nato se je zgodila invaginacija - invaginacija, povezovanje celične membrane in ti genomi so se spremenili v mitohondrije, kloroplaste in jedro.
Diferenciacija in specializacija celic .
Diferenciacija je tvorba različnih vrst celic in tkiv med razvojem večceličnega organizma. Ena od hipotez povezuje diferenciacijo z izražanjem genov med individualnim razvojem. Ekspresija je proces vključevanja določenih genov v delo, ki ustvarja pogoje za usmerjeno sintezo snovi. Zato pride do razvoja in specializacije tkiv v eno ali drugo smer.
Podobne informacije.
Celična membrana imenovana tudi plazemska (ali citoplazmatska) membrana in plazmalema. Ta struktura ne ločuje samo notranje vsebine celice od zunanjega okolja, ampak tudi vstopa v sestavo večine celičnih organelov in jedra ter jih loči od hialoplazme (citosola) - viskozno-tekočega dela citoplazme. Dogovorimo se za klic cyto plazemska membrana tista, ki loči vsebino celice od zunanjega okolja. Preostali izrazi označujejo vse membrane.
Struktura celične (biološke) membrane temelji na dvojni plasti lipidov (maščob). Nastanek takšne plasti je povezan s posebnostmi njihovih molekul. Lipidi se v vodi ne raztopijo, ampak kondenzirajo na svoj način. En del ene same lipidne molekule je polarna glava (privlači jo voda, torej je hidrofilna), drugi pa je par dolgih nepolarnih repkov (ta del molekule odbija voda, tj. je hidrofoben). Zaradi te strukture molekul "skrivajo" rep pred vodo in obračajo svoje polarne glave proti vodi.
Posledično nastane dvojna lipidna plast, v kateri so nepolarni repki znotraj (obrnjeni drug proti drugemu), polarni glavici pa so obrnjeni navzven (proti zunanjemu okolju in citoplazmi). Površina takšne membrane je hidrofilna, v notranjosti pa je hidrofobna.
V celičnih membranah med lipidi prevladujejo fosfolipidi (glej kompleksne lipide). Njihove glave vsebujejo ostanek fosforne kisline. Poleg fosfolipidov so tu še glikolipidi (lipidi + ogljikovi hidrati) in holesterol (nanaša se na sterole). Slednji daje membrani togost, saj se nahaja v njeni debelini med repom preostalih lipidov (holesterol je popolnoma hidrofoben).
Zaradi elektrostatične interakcije se nekatere beljakovinske molekule pritrdijo na nabite lipidne glave, ki postanejo površinske membranske beljakovine. Drugi proteini sodelujejo z nepolarnimi repi, se delno potopijo v dvojno plast ali jo prodrejo skozi in skozi.
Tako je celična membrana sestavljena iz dvojne plasti lipidov, površinskih (perifernih), potopljenih (polintegralnih) in prepustnih (integralnih) beljakovin. Poleg tega so nekateri proteini in lipidi na zunanji strani membrane povezani z verigami ogljikovih hidratov.
tole fluid-mozaični model strukture membrane je bila uvedena v 70-ih letih XX stoletja. Pred tem je bil predviden sendvič model strukture, po katerem je lipidni dvosloj znotraj, na notranji in zunanji strani pa je membrana prekrita z neprekinjenimi plastmi površinskih beljakovin. Vendar pa je kopičenje eksperimentalnih podatkov to hipotezo ovrglo.
Debelina membran v različnih celicah je približno 8 nm. Membrane (tudi različne strani iste) se razlikujejo v odstotkih različni tipi lipidi, beljakovine, encimska aktivnost itd. Nekatere membrane so bolj tekoče in bolj prepustne, druge so gostejše.
Razpoke celične membrane se zlahka združijo zaradi fizikalno-kemijskih značilnosti lipidnega dvosloja. V ravnini membrane se premikajo lipidi in beljakovine (razen če jih fiksira citoskelet).
Funkcije celične membrane
Večina beljakovin, potopljenih v celično membrano, opravlja encimsko funkcijo (so encimi). Pogosto (zlasti v membranah celičnih organelov) so encimi razporejeni v določenem zaporedju, tako da reakcijski produkti, ki jih katalizira en encim, prehajajo v drugega, nato v tretjega itd. Nastane transporter, ki stabilizira površinske beljakovine, saj ne omogočite encimom, da plavajo vzdolž lipidnega dvosloja.
Celična membrana opravlja ločevalno (pregradno) funkcijo od okolja in hkrati transportno funkcijo. Lahko rečemo, da je to njen najpomembnejši namen. Citoplazemska membrana, ki ima moč in selektivno prepustnost, ohranja konstantnost notranje sestave celice (njeno homeostazo in celovitost).
V tem primeru pride do transporta snovi različne poti... Prenos koncentracijskega gradienta vključuje premikanje snovi iz območja z višjo koncentracijo v območje z nižjo (difuzija). Na primer, plini (CO 2, O 2) difundirajo.
Obstaja tudi transport proti koncentracijskemu gradientu, vendar s porabo energije.
Transport je pasiven in lahek (ko mu pomaga kakšen prevoznik). Za v maščobi topne snovi je možna pasivna difuzija čez celično membrano.
Obstajajo posebne beljakovine, ki naredijo membrane prepustne za sladkorje in druge vodotopne snovi. Ti nosilci se vežejo na transportirane molekule in jih vlečejo čez membrano. Tako se glukoza prenaša znotraj eritrocitov.
Prodorni proteini, ko so združeni, lahko tvorijo pore za gibanje določenih snovi čez membrano. Takšni nosilci se ne premikajo, ampak tvorijo kanal v membrani in delujejo podobno kot encimi, ki vežejo določeno snov. Prenos se izvede zaradi spremembe konformacije proteina, zaradi česar nastanejo kanali v membrani. Primer je natrijeva kalijeva črpalka.
Transportna funkcija membrane evkariontske celične membrane se uresničuje tudi z endocitozo (in eksocitozo). Zahvaljujoč tem mehanizmom pridejo v celico (in iz nje) velike molekule biopolimerov, tudi cele celice. Endo- in eksocitoza nista značilni za vse evkariontske celice (prokarionti je sploh nimajo). Torej endocitozo opazimo pri protozojih in nižjih nevretenčarjih; pri sesalcih se levkociti in makrofagi absorbirajo škodljive snovi in bakterije, to je endocitoza, opravlja zaščitno funkcijo za telo.
Endocitoza je razdeljena na fagocitoza(citoplazma obdaja velike delce) in pinocitoza(zajem kapljic tekočine z v njej raztopljenimi snovmi). Mehanizem teh procesov je približno enak. Absorbirane snovi na površini celic so obdane z membrano. Nastane mehurček (fagocitni ali pinocitni), ki se nato premakne v celico.
Eksocitoza je odstranjevanje snovi iz celice s citoplazemsko membrano (hormoni, polisaharidi, beljakovine, maščobe itd.). Te snovi so zaprte v membranskih veziklih, ki se prilegajo celični membrani. Obe membrani se združita in vsebina je zunaj celice.
Citoplazemska membrana opravlja receptorsko funkcijo. Za to so na njeni zunanji strani nameščene strukture, ki lahko prepoznajo kemični ali fizični dražljaj. Nekateri proteini, ki prodrejo v plazmalemo od zunaj, so povezani s polisaharidnimi verigami (tvorijo glikoproteine). To so nekakšni molekularni receptorji, ki ujamejo hormone. Ko se določen hormon veže na svoj receptor, spremeni njegovo strukturo. To pa sproži mehanizem celičnega odziva. V tem primeru se lahko odprejo kanali in določene snovi lahko začnejo vstopati v celico ali se iz nje izločati.
Receptorska funkcija celičnih membran je dobro raziskana na podlagi delovanja hormona inzulina. Ko se insulin veže na svoj glikoproteinski receptor, se aktivira katalitični znotrajcelični del tega proteina (encim adenilat ciklaza). Encim sintetizira ciklični AMP iz ATP. Že aktivira ali zavira različne encime celične presnove.
Receptorska funkcija citoplazemske membrane vključuje tudi prepoznavanje sosednjih celic iste vrste. Takšne celice se med seboj vežejo z različnimi medceličnimi stiki.
V tkivih lahko celice s pomočjo medceličnih stikov izmenjujejo informacije med seboj s pomočjo posebej sintetiziranih snovi z nizko molekulsko maso. Eden od primerov takšne interakcije je kontaktna inhibicija, ko celice prenehajo rasti po prejemu informacije, da je prosti prostor zaseden.
Medcelični stiki so preprosti (membrane različnih celic so med seboj), zaklepanje (invaginacija membrane ene celice v drugo), dezmosomi (ko so membrane povezane s snopi prečnih vlaken, ki prodrejo v citoplazmo). Poleg tega obstaja različica medceličnih stikov zaradi mediatorjev (posrednikov) - sinaps. V njih se signal ne prenaša le kemično, ampak tudi električno. Sinapse prenašajo signale med živčnimi celicami, pa tudi od živca do mišice.
Zunaj je celica prekrita s plazemsko membrano (ali zunanjo celično membrano) z debelino približno 6-10 nm.
Celična membrana je gost film iz beljakovin in lipidov (predvsem fosfolipidov). Molekule lipidov so razporejene urejeno - pravokotno na površino, v dveh slojih, tako da so njihovi deli, ki intenzivno sodelujejo z vodo (hidrofilni), usmerjeni navzven, deli pa inertni na vodo (hidrofobni) - navznoter.
Proteinske molekule se nahajajo v prekinjeni plasti na površini lipidnega okvirja na obeh straneh. Nekateri od njih so potopljeni v lipidno plast, drugi pa prehajajo skozi njo in tvorijo območja, ki so prepustna za vodo. Te beljakovine delujejo različne funkcije- nekateri so encimi, drugi so transportne beljakovine, ki sodelujejo pri prenosu določenih snovi iz okolja v citoplazmo in v nasprotni smeri.
Glavne funkcije celične membrane
Ena od glavnih lastnosti bioloških membran je selektivna prepustnost (polprepustnost)- nekatere snovi skoznje prehajajo s težavo, druge zlahka in celo proti višji koncentraciji.Tako je pri večini celic koncentracija Na ionov v notranjosti precej nižja kot v okolju. Za ione K je značilno nasprotno razmerje: njihova koncentracija znotraj celice je višja kot zunaj. Zato ioni Na vedno težijo k prodiranju v celico, K ioni pa k odhodu. Izenačitev koncentracij teh ionov preprečuje prisotnost posebnega sistema v membrani, ki igra vlogo črpalke, ki črpa Na ione iz celice in hkrati črpa K ione v notranjost.
Potreba po gibanju ionov Na od zunaj navznoter se uporablja za transport sladkorjev in aminokislin v celico. Z aktivnim odstranjevanjem Na ionov iz celice se ustvarijo pogoji za pretok glukoze in aminokislin vanjo.
V mnogih celicah pride do absorpcije snovi tudi s fagocitozo in pinocitozo. Pri fagocitoza prožna zunanja membrana tvori majhno vdolbino, v katero pade ujeti delec. Ta depresija se poveča in, obdan z delom zunanje membrane, je delec potopljen v citoplazmo celice. Pojav fagocitoze je značilen za amebe in nekatere druge protozoje ter levkocite (fagocite). Podobno je absorpcija tekočin v celicah potrebno za kletko snovi. Ta pojav je bil poimenovan pinocitoza.
Zunanje membrane različnih celic se bistveno razlikujejo tako po kemični sestavi njihovih beljakovin in lipidov kot po relativni vsebnosti. Prav te značilnosti določajo raznolikost fiziološke aktivnosti membran različnih celic in njihovo vlogo v življenju celic in tkiv.
Endoplazmatski retikulum celice je povezan z zunanjo membrano. S pomočjo zunanjih membran se vzpostavijo različne vrste medceličnih stikov, t.j. komunikacijo med posameznimi celicami.
Za številne vrste celic je značilna prisotnost na njihovi površini velikega števila izrastkov, gub, mikrovillov. Prispevajo tako k znatnemu povečanju celične površine kot k izboljšanju presnove ter k močnejšim medsebojnim povezavam posameznih celic.
Na zunanji strani celične membrane imajo rastlinske celice debele membrane, ki jih je mogoče zlahka razlikovati pod optičnim mikroskopom, sestavljene iz celuloze (celuloze). Ustvarjajo močno oporo za rastlinska tkiva (les).
Nekatere celice živalskega izvora imajo tudi številne zunanje strukture, ki se nahajajo na vrhu celične membrane in imajo zaščitno naravo. Primer bi bil hitin pokrovnih celic žuželk.
Funkcije celične membrane (na kratko)
| Funkcija | Opis |
|---|---|
| Zaščitna pregrada | Loči notranje organele celice od zunanjega okolja |
| Regulativni | Uravnava presnovo med notranjo vsebino celice in zunanjim okoljem |
| Razmejitev (razdelitev) | Delitev notranjega prostora celice na neodvisne bloke (predelke) |
| Energija | - kopičenje in transformacija energije; - svetlobne reakcije fotosinteze v kloroplastih; - Absorpcija in izločanje. |
| Receptor (informativni) | Sodeluje pri nastajanju vzburjenja in njegovem izvajanju. |
| Motor | Izvaja gibanje celice ali njenih posameznih delov. |
Vsi živi organizmi na Zemlji so sestavljeni iz celic, vsako celico pa obdaja zaščitna lupina – membrana. Vendar pa funkcije membrane niso omejene na zaščito organelov in ločevanje ene celice od druge. Celična membrana je kompleksen mehanizem, ki je neposredno vključen v razmnoževanje, regeneracijo, prehrano, dihanje in številne druge pomembne funkcije celice.
Izraz "celična membrana" obstaja že skoraj stoletje. Sama beseda "membrana" v prevodu iz latinščine pomeni "film". Toda v primeru celične membrane bi bilo pravilneje govoriti o nizu dveh na določen način povezanih filmov, poleg tega pa imajo različne strani teh filmov različne lastnosti.
Celična membrana (citolema, plazmalema) je troslojna lipoproteinska (maščobno-beljakovinska) membrana, ki ločuje vsako celico od sosednjih celic in okolja ter izvaja nadzorovano izmenjavo med celicami in okoljem.
Odločilnega pomena pri tej definiciji ni, da celična membrana ločuje eno celico od druge, ampak da zagotavlja njeno interakcijo z drugimi celicami in okoljem. Membrana je zelo aktivna, nenehno delujoča struktura celice, ki ji je narava zaupala številne funkcije. Iz našega članka boste izvedeli vse o sestavi, strukturi, lastnostih in funkcijah celične membrane ter o nevarnosti, ki jo kršitve v delovanju celičnih membran predstavljajo za zdravje ljudi.
Zgodovina raziskav celičnih membran
Leta 1925 sta dva nemška znanstvenika, Gorter in Grendel, lahko izvedla zapleten poskus na rdečih krvnih celicah človeške krvi, eritrocitih. S pomočjo osmotskega udarca so raziskovalci pridobili tako imenovane "sence" - prazne lupine rdečih krvnih celic, nato pa jih zložili na en kup in izmerili površino. Naslednji korak je bil izračun količine lipidov v celični membrani. Znanstveniki so s pomočjo acetona izolirali lipide iz "senc" in ugotovili, da so ravno dovolj za dvojno neprekinjeno plast.
Vendar sta bili med poskusom storjeni dve hudi napaki:
Uporaba acetona ne omogoča izolacije absolutno vseh lipidov iz membran;
Površina "senc" je bila izračunana na podlagi suhe teže, kar je tudi napačno.
Ker je prva napaka pri izračunih dala minus, druga pa plus, se je skupni rezultat izkazal za presenetljivo točnega, nemški znanstveniki pa so v znanstveni svet prinesli najpomembnejše odkritje - lipidni dvosloj celične membrane.
Leta 1935 je drugi par raziskovalcev, Danielle in Dawson, po dolgih poskusih na bilipidnih filmih prišel do zaključka o prisotnosti beljakovin v celičnih membranah. Ni bilo drugega načina za razlago, zakaj imajo ti filmi tako visoko površinsko napetost. Znanstveniki so javnosti predstavili shematski model celične membrane, podobne sendviču, kjer homogene lipidno-proteinske plasti igrajo vlogo rezin kruha, med njimi pa je namesto masla praznina.
Leta 1950 je bila s pomočjo prvega elektronskega mikroskopa delno potrjena teorija Danielle-Dawson - na mikrofotografijah celične membrane sta bili jasno vidni dve plasti, sestavljeni iz lipidnih in beljakovinskih glav, med njima pa prozoren prostor, napolnjen le z repki lipidov. in beljakovine.
Leta 1960 je ameriški mikrobiolog J. Robertson na podlagi teh podatkov razvil teorijo o troslojni strukturi celičnih membran, ki za dolgo časa veljal za edinega resničnega. Z razvojem znanosti pa se je pojavljalo vedno več dvomov o homogenosti teh plasti. Z vidika termodinamike je takšna struktura izjemno neugodna – celice bi zelo težko prenašale snovi noter in ven skozi celoten »sendvič«. Poleg tega je dokazano, da imajo celične membrane različnih tkiv različne debeline in načine pritrditve, kar je posledica različnih funkcij organov.
Leta 1972 so mikrobiologi S.D. Singer in G.L. Nicholsonu je uspelo razložiti vse nedoslednosti v Robertsonovi teoriji s pomočjo novega, tekoče-mozaičnega modela celične membrane. Znanstveniki so ugotovili, da je membrana heterogena, asimetrična, napolnjena s tekočino, njene celice pa so v stalnem gibanju. In beljakovine, ki ga sestavljajo, imajo drugačno strukturo in namen, poleg tega pa se nahajajo na različne načine glede na bilipidno plast membrane.
Sestava celičnih membran vsebuje beljakovine treh vrst:
Periferno - pritrjeno na površino filma;
Polintegralni- delno prodrejo v bilipidno plast;
Integralni - popolnoma prodrejo skozi membrano.
Periferne beljakovine so povezane z glavami membranskih lipidov z elektrostatično interakcijo in nikoli ne tvorijo neprekinjene plasti, kot je bilo prej verjel. Polintegralni in integralni proteini služijo za transport kisika v celico in hranila, kot tudi za odstranjevanje produktov razpadanja iz njega in za več pomembnih funkcij, o katerih boste izvedeli v nadaljevanju.
Celična membrana opravlja naslednje funkcije:
Pregradna - membranska prepustnost za različni tipi molekule niso enake. Da bi zaobšli celično membrano, mora imeti molekula določeno velikost, Kemijske lastnosti in električni naboj. Škodljive ali neprimerne molekule zaradi pregradne funkcije celične membrane preprosto ne morejo prodreti v celico. Na primer, s pomočjo reakcije peroksisa membrana ščiti citoplazmo pred peroksidi, ki so zanjo nevarni;
Transport - skozi membrano poteka pasivna, aktivna, regulirana in selektivna izmenjava. Pasivna presnova je primerna za v maščobi topne snovi in pline, sestavljene iz zelo majhnih molekul. Takšne snovi z difuzijsko metodo prosto prodrejo v celico in iz nje brez porabe energije. Aktivna transportna funkcija celične membrane se aktivira, kadar je to potrebno, vendar je treba snovi, ki jih je težko prenašati, prenesti v celico ali iz nje. Na primer posedovanje velika velikost molekule ali zaradi hidrofobnosti ne morejo prečkati bilipidne plasti. Nato začnejo delovati beljakovinske črpalke, vključno z ATPazo, ki je odgovorna za absorpcijo kalijevih ionov v celico in izločanje natrijevih ionov iz nje. Reguliran transport je nujen za funkcije izločanja in fermentacije, na primer, ko celice proizvajajo in izločajo hormone oz. želodčni sok... Vse te snovi zapustijo celice po posebnih kanalih in v določenem volumnu. In selektivna transportna funkcija je povezana z zelo integralnimi beljakovinami, ki prežemajo membrano in služijo kot kanal za vstop in izstop strogo določenih vrst molekul;
Matriks - celična membrana določa in fiksira razporeditev organelov drug proti drugemu (jedro, mitohondrije, kloroplasti) in uravnava interakcijo med njimi;
Mehanski - zagotavlja omejitev ene celice od druge in hkrati - pravilna povezava celice v homogeno tkivo in odpornost organa na deformacijo;
Zaščitni – tako pri rastlinah kot živalih služi celična membrana kot osnova za izgradnjo zaščitnega okvirja. Primeri vključujejo trdi les, gosto kožo in trnaste trne. V živalskem kraljestvu je tudi veliko primerov zaščitne funkcije celičnih membran – želvega oklepa, hitinske membrane, kopit in rogov;
Energija - procesi fotosinteze in celičnega dihanja bi bili nemogoči brez sodelovanja beljakovin celične membrane, saj celice s pomočjo beljakovinskih kanalov izmenjujejo energijo;
Receptor – proteini, vgrajeni v celično membrano, imajo lahko še eno pomembno funkcijo. Služijo kot receptorji, preko katerih celica sprejema signal od hormonov in nevrotransmiterjev. In to je potrebno za prevajanje živčnih impulzov in normalen pretok hormonski procesi;
Encimsko - drugo pomembna funkcija, ki je lastna nekaterim proteinom celičnih membran. Na primer, v črevesnem epiteliju se s pomočjo takšnih beljakovin sintetizirajo prebavni encimi;
Biopotencial- koncentracija kalijevih ionov znotraj celice je veliko višja kot zunaj, koncentracija natrijevih ionov pa je, nasprotno, višja zunaj kot znotraj. To pojasnjuje potencialno razliko: znotraj celice je naboj negativen, zunaj pozitiven, kar spodbuja gibanje snovi v celico in navzven pri kateri koli od treh vrst presnove – fagocitozi, pinocitozi in eksocitozi;
Označevanje - na površini celičnih membran so tako imenovane "oznake" - antigeni, sestavljeni iz glikoproteinov (beljakovine z razvejanimi oligosaharidnimi stranskimi verigami). Ker imajo stranske verige lahko ogromno različnih konfiguracij, dobi vsaka vrsta celic svojo edinstveno oznako, ki omogoča drugim celicam v telesu, da jih prepoznajo »na pogled« in se nanje pravilno odzovejo. Zato je npr. imunske celice oseba, makrofagi, zlahka prepoznajo neznanca, ki je vstopil v telo (okužba, virus) in ga poskušajo uničiti. Enako se dogaja z bolnimi, mutiranimi in starimi celicami – spremeni se oznaka na njihovi celični membrani in telo se jih znebi.
Celična izmenjava poteka skozi membrane in se lahko izvaja z uporabo treh glavnih vrst reakcij:
Fagocitoza je celični proces, pri katerem fagocitne celice, vgrajene v membrano, zajamejo in prebavijo trdne delce hranilnih snovi. V človeškem telesu fagocitozo izvajajo membrane dveh vrst celic: granulociti (zrnati levkociti) in makrofagi (celice imunski ubijalci);
Pinocitoza je proces zajemanja s površino celične membrane tekočih molekul, ki so v stiku z njo. Za hranjenje po vrsti pinocitoze celica na svoji membrani zraste tanke puhaste izrastke v obliki vitic, ki tako rekoč obdajajo kapljico tekočine in dobimo mehurček. Najprej ta mehurček štrli nad površino membrane in nato "pogoltne" - skrije se v notranjost celice, njene stene pa se zlijejo z notranjo površino celične membrane. Pinocitoza se pojavlja v skoraj vseh živih celicah;
Eksocitoza je obraten proces, pri katerem znotraj celice nastanejo mehurčki s sekretorno funkcionalno tekočino (encim, hormon), ki jo je treba nekako odstraniti iz celice v okolje. Pri tem se mehurček najprej zlije z notranjo površino celične membrane, nato štrli navzven, poči, iztisne vsebino in se spet zlije s površino membrane, tokrat od zunaj. Eksocitoza poteka na primer v celicah črevesnega epitelija in skorje nadledvične žleze.
Celične membrane vsebujejo lipide treh razredov:
fosfolipidi;
glikolipidi;
holesterola.
Fosfolipidi (kombinacija maščob in fosforja) in glikolipidi (kombinacija maščob in ogljikovih hidratov) pa so sestavljeni iz hidrofilne glave, iz katere se raztezata dva dolga hidrofobna repa. Toda holesterol včasih zavzame prostor med tema dvema repoma in jima prepreči upogibanje, zaradi česar so membrane nekaterih celic toge. Poleg tega molekule holesterola urejajo strukturo celičnih membran in preprečujejo prehod polarnih molekul iz ene celice v drugo.
Toda najpomembnejša komponenta, kot lahko vidite iz prejšnjega poglavja o funkcijah celičnih membran, so beljakovine. Njihova sestava, namen in lokacija so zelo raznoliki, a vse jih združuje nekaj skupnega: obročasti lipidi se vedno nahajajo okoli beljakovin celičnih membran. To so posebne maščobe, ki so jasno strukturirane, stabilne, vsebujejo več nasičenih maščobnih kislin in se sproščajo iz membran skupaj s »sponzoriranimi« beljakovinami. To je nekakšna osebna zaščitna lupina za beljakovine, brez katere preprosto ne bi delovali.
Struktura celične membrane je troslojna. V sredini leži razmeroma homogena tekoča bilipidna plast, ki jo na obeh straneh kot mozaik prekrivajo beljakovine, ki delno prodirajo v debelino. To pomeni, da bi bilo napačno misliti, da so zunanje beljakovinske plasti celičnih membran neprekinjene. Beljakovine, poleg svojih kompleksne funkcije, so potrebni v membrani, da prehajajo v celice in iz njih prenašajo tiste snovi, ki ne morejo prodreti v maščobno plast. Na primer, kalijevi in natrijevi ioni. Zanje so na voljo posebne beljakovinske strukture - ionski kanali, o katerih bomo podrobneje razpravljali v nadaljevanju.
Če pogledate celično membrano skozi mikroskop, lahko opazite plast lipidov, ki jo tvorijo najmanjše sferične molekule, po kateri plavajo velike beljakovinske celice različnih oblik, kot v morju. Povsem enake membrane delijo notranji prostor vsake celice na predelke, v katerih se udobno nahajajo jedro, kloroplasti in mitohondriji. Če v celici ne bi bilo ločenih "prostor", bi se organeli prilepili drug na drugega in ne bi mogli pravilno opravljati svojih funkcij.
Celica je kompleks organelov, strukturiranih in razmejenih z membranami, ki sodeluje v kompleksu energetskih, presnovnih, informacijskih in reproduktivnih procesov, ki zagotavljajo vitalno aktivnost organizma.
Kot lahko vidite iz te definicije, je membrana najpomembnejša funkcionalna komponenta katere koli celice. Njen pomen je tako velik kot pomen jedra, mitohondrijev in drugih celičnih organelov. Edinstvene lastnosti membrane so posledica njene strukture: sestavljena je iz dveh filmov, zlepljenih na poseben način. Fosfolipidne molekule v membrani se nahajajo s hidrofilnimi glavami navzven in hidrofobnimi repi navznoter. Zato je ena stran filma navlažena z vodo, druga pa ne. Torej so ti filmi med seboj povezani z nenavlaženimi stranicami navznoter in tvorijo bilipidni sloj, obdan z beljakovinskimi molekulami. To je sama "sendvič" struktura celične membrane.
Ionski kanali celičnih membran
Oglejmo si podrobneje načelo delovanja ionskih kanalov. Za kaj so potrebni? Dejstvo je, da lahko samo v maščobah topne snovi prosto prodrejo skozi lipidno membrano - to so sami plini, alkoholi in maščobe. Tako se na primer v rdečih krvnih celicah kisik nenehno izmenjuje in ogljikov dioksid, za to pa našemu telesu ni treba posegati po nobenih dodatnih zvijačah. Kaj pa, ko je treba skozi celično membrano prenašati vodne raztopine, kot so natrijeve in kalijeve soli?
Takšnim snovem bi bilo nemogoče utreti pot v bilipidni plasti, saj bi se luknje takoj zategnile in zlepile, taka je struktura vsakega maščobnega tkiva. Toda narava je, kot vedno, našla izhod iz situacije in ustvarila posebne strukture za transport beljakovin.
Obstajata dve vrsti prevodnih beljakovin:
Transporterji - polintegralne beljakovinske črpalke;
Oblikovalci kanalov so integralne beljakovine.
Beljakovine prve vrste so delno potopljene v bilipidni sloj celične membrane in gledajo z glavo in se ob prisotnosti potrebne snovi začnejo obnašati kot črpalka: pritegnejo molekulo in jo posrkajo v celico. . In beljakovine druge vrste, integralne, imajo podolgovato obliko in se nahajajo pravokotno na bilipidno plast celične membrane in jo prodirajo skozi in skozi. Po njih se kot skozi tunele premikajo v celico in iz nje snovi, ki ne morejo preiti skozi maščobo. Skozi ionske kanale kalijevi ioni prodrejo v celico in se v njej kopičijo, medtem ko se natrijevi ioni, nasprotno, odstranijo zunaj. Obstaja razlika v električnih potencialih, ki so tako nujni za pravilno delovanje vseh celic v našem telesu.
Najpomembnejši zaključki o zgradbi in delovanju celičnih membran
Teorija je vedno videti zanimiva in obetavna, če jo je mogoče dobro uporabiti v praksi. Odkritje strukture in funkcij celičnih membran človeškega telesa je znanstvenikom omogočilo pravi preboj v znanosti na splošno in zlasti v medicini. Ni naključje, da smo se tako podrobno osredotočili na ionske kanale, saj se prav tu skriva odgovor na eno najpomembnejših vprašanj našega časa: zakaj ljudje vse pogosteje zbolijo za onkologijo?
Rak vsako leto zahteva okoli 17 milijonov življenj po vsem svetu in je četrti najpogostejši vzrok vseh smrti. Po podatkih WHO se pojavnost raka nenehno povečuje in do konca leta 2020 lahko doseže 25 milijonov na leto.
Kaj pojasnjuje pravo epidemijo raka in kaj ima s tem funkcija celičnih membran? Rekli boste: razlog so slabe okoljske razmere, nepravilna prehrana, slabe navade in huda dednost. In seveda boste imeli prav, a če o problemu govorimo podrobneje, je razlog zakisanje človeškega telesa. Zgoraj našteti negativni dejavniki povzročajo motnje celičnih membran, zavirajo dihanje in prehrano.
Kjer bi moral biti plus, nastane minus in celica ne more normalno delovati. Toda rakave celice ne potrebujejo kisika ali alkalnega okolja - lahko uporabljajo anaerobno vrsto prehrane. Zato v razmerah kisikovo stradanje in ravni pH zunaj skale, zdrave celice mutirajo, da se prilagodijo svojemu okolju in postanejo rakave celice. Tako človek zboli za onkologijo. Da bi se temu izognili, morate le zaužiti dovolj čista voda dnevno in se izogibajte rakotvornim snovem v hrani. Toda praviloma se ljudje popolnoma zavedajo škodljivi izdelki in potrebo po kakovostni vodi, in ne naredijo ničesar - upajo, da jih bodo težave zaobšle.
Ker poznajo značilnosti strukture in funkcij celičnih membran različnih celic, lahko zdravniki te informacije uporabijo za zagotavljanje ciljnih, ciljno usmerjenih terapevtskih učinkov na telo. Veliko sodobnih zdravila Ko so v našem telesu, iščejo želeno »tarčo«, ki so lahko ionski kanali, encimi, receptorji in biomarkerji celičnih membran. Ta način zdravljenja vam omogoča doseganje boljših rezultatov z minimalnimi stranskimi učinki.
Ko pridejo v krvni obtok, antibiotiki zadnje generacije ne ubijejo vseh celic zapored, ampak iščejo celice povzročitelja, pri čemer se osredotočajo na markerje v njegovih celičnih membranah. Najnovejša zdravila proti migreni, triptani, zožijo le vnete žile možganov, skoraj brez vpliva na srce in periferno cirkulacijski sistem... In prav po beljakovinah celičnih membran prepoznajo potrebne žile. Takih primerov je veliko, zato lahko z zaupanjem trdimo, da poznavanje strukture in funkcij celične membrane podpira razvoj modernega medicinska znanost in vsako leto reši milijone življenj.
Izobrazba: Moskovsky medicinski inštitut njim. IM Sechenov, specialnost - "Splošna medicina" leta 1991, leta 1993 "Poklicne bolezni", leta 1996 "Terapija".
