Strukturne komponente risbe celične membrane. Zgradba celice. Celična membrana

Celična membrana - to je celična membrana, ki opravlja naslednje funkcije: ločevanje vsebine celice in zunanjega okolja, selektivni transport snovi (izmenjava z zunanjim okoljem celice), mesto nekaterih biokemičnih reakcij, združitev celic v tkiva in sprejem.

Celične membrane delimo na plazemske (znotrajcelične) in zunanje. Glavna lastnost katere koli membrane je polprepustnost, to je sposobnost prehajanja le določenih snovi. To omogoča selektivno izmenjavo med celico in zunanjim okoljem ali izmenjavo med celičnimi deli.

Plazemske membrane so lipoproteinske strukture. Lipidi spontano tvorijo dvosloj (dvoplast), v njem pa »lebdijo« membranski proteini. Membrane vsebujejo več tisoč različnih proteinov: strukturnih, prenašalcev, encimov itd. Med proteinskimi molekulami so pore, skozi katere prehajajo hidrofilne snovi (lipidni dvosloj preprečuje njihov neposreden prodor v celico). Na nekatere molekule na površini membrane so pritrjene glikozilne skupine (monosaharidi in polisaharidi), ki sodelujejo v procesu celičnega prepoznavanja pri nastajanju tkiva.

Membrane se razlikujejo po debelini, običajno v razponu od 5 do 10 nm. Debelina je določena z velikostjo molekule amfifilnega lipida in znaša 5,3 nm. Nadaljnje povečanje debeline membrane je posledica dimenzij membranski proteini s kompleksi. Odvisno od zunanje razmere(holesterol je regulator) se lahko struktura dvosloja spremeni tako, da postane bolj gosta ali tekoča – od tega je odvisna hitrost gibanja snovi po membranah.

Celične membrane vključujejo: plazemsko membrano, kariolemo, membrane endoplazmatskega retikuluma, Golgijev aparat, lizosome, peroksisome, mitohondrije, vključke itd.

Lipidi so netopni v vodi (hidrofobnost), topni pa v organskih topilih in maščobah (lipofilnost). Sestava lipidov v različnih membranah ni enaka. Na primer, plazemska membrana vsebuje veliko holesterola. Najpogostejši lipidi v membrani so fosfolipidi (glicerofosfatidi), sfingomielini (sfingolipidi), glikolipidi in holesterol.

Fosfolipidi, sfingomielini, glikolipidi so sestavljeni iz dveh funkcij razne dele: hidrofobni nepolarni, ki ne nosi nabojev - "repi", sestavljeni iz maščobnih kislin, in hidrofilni, ki vsebujejo nabite polarne "glave" - alkoholne skupine (na primer glicerol).

Hidrofobni del molekule je običajno sestavljen iz dveh maščobnih kislin. Ena od kislin je nasičena, druga pa nenasičena. To določa sposobnost lipidov, da spontano tvorijo dvoslojne (bilipidne) membranske strukture. Membranski lipidi opravljajo naslednje funkcije: bariera, transport, proteinsko mikrookolje, električni upor membrane.

Membrane se med seboj razlikujejo po naboru beljakovinskih molekul. Številni membranski proteini so sestavljeni iz regij, bogatih s polarnimi aminokislinami (ki nosijo naboj), in regij z nepolarnimi aminokislinami (glicin, alanin, valin, levcin). Takšni proteini v lipidnih plasteh membran so nameščeni tako, da so njihovi nepolarni deli tako rekoč potopljeni v "maščobni" del membrane, kjer se nahajajo hidrofobni deli lipidov. Polarni (hidrofilni) del teh proteinov sodeluje z lipidnimi glavami in je obrnjen proti vodni fazi.

Biološke membrane imajo skupne lastnosti:

membrane so zaprti sistemi, ki ne dopuščajo mešanja vsebine celice in njenih predelkov. Kršitev celovitosti membrane lahko povzroči celično smrt;

površinska (planarna, bočna) mobilnost. V membranah poteka neprekinjeno gibanje snovi po površini;

asimetrija membrane. Struktura zunanje in površinske plasti je kemično, strukturno in funkcionalno heterogena.

Celična membrana

Slika celične membrane. Majhne modre in bele kroglice ustrezajo hidrofobnim "glavam" fosfolipidov, črte, pritrjene nanje, pa ustrezajo hidrofilnim "repom". Slika prikazuje samo integralne membranske proteine (rdeče globule in rumene spirale). Rumene ovalne pike znotraj membrane - molekule holesterola Rumeno-zelene verige kroglic na zunanji strani membrane - verige oligosaharidov, ki tvorijo glikokaliks

Biološka membrana vključuje tudi različne beljakovine: integralne (prodirajo skozi membrano), polintegralne (na enem koncu so potopljene v zunanjo ali notranjo lipidno plast), površinske (nahajajo se na zunanji ali ob njej). notranje strani membrane). Nekatere beljakovine so stične točke med celično membrano in citoskeletom znotraj celice ter celično steno (če obstaja) zunaj. Nekateri integralni proteini delujejo kot ionski kanali, različni prenašalci in receptorji.

Funkcije

bariera - zagotavlja urejeno, selektivno, pasivno in aktivno presnovo z okoljem. Na primer, membrana peroksisoma ščiti citoplazmo pred peroksidi, ki so nevarni za celico. Selektivna prepustnost pomeni, da je prepustnost membrane za različne atome ali molekule odvisna od njihove velikosti, električnega naboja in kemijske lastnosti. Selektivna prepustnost zagotavlja ločevanje celice in celičnih predelkov od okolju in jih oskrbi s potrebnimi snovmi.
transport - transport snovi v celico in iz nje poteka skozi membrano. Transport skozi membrane zagotavlja: dostavo hranila, odstranjevanje presnovnih končnih produktov, izločanje različne snovi, ustvarjanje ionskih gradientov, vzdrževanje optimalne koncentracije ionov v celici, ki so potrebni za delovanje celičnih encimov.
Delci, ki iz kakršnega koli razloga ne morejo prečkati fosfolipidnega dvosloja (na primer zaradi hidrofilnih lastnosti, ker je membrana v notranjosti hidrofobna in ne prepušča hidrofilnih snovi, ali zaradi velike velikosti), vendar nujen za celico, lahko prodre skozi membrano preko posebnih nosilnih proteinov (transporterjev) in kanalskih proteinov ali z endocitozo.
Pri pasivnem transportu snovi prečkajo lipidni dvosloj brez porabe energije vzdolž koncentracijskega gradienta z difuzijo. Različica tega mehanizma je olajšana difuzija, pri kateri določena molekula pomaga snovi pri prehodu skozi membrano. Ta molekula ima lahko kanal, ki omogoča prehod le ene vrste snovi.
Aktivni transport zahteva energijo, saj poteka proti koncentracijskemu gradientu. Na membrani so posebne črpalne beljakovine, vključno z ATPazo, ki aktivno črpa kalijeve ione (K+) v celico in iz nje črpa natrijeve ione (Na+).
matriks - zagotavlja določen relativni položaj in orientacijo membranskih proteinov, njihovo optimalno interakcijo.
mehanski - zagotavlja avtonomijo celice, njenih znotrajceličnih struktur, pa tudi povezavo z drugimi celicami (v tkivih). Veliko vlogo pri zagotavljanju mehanskega delovanja imajo celične stene, pri živalih pa medcelična snov.
energija - pri fotosintezi v kloroplastih in celičnem dihanju v mitohondrijih v njihovih membranah delujejo sistemi za prenos energije, pri katerih sodelujejo tudi beljakovine;
receptor - nekateri proteini, ki se nahajajo v membrani, so receptorji (molekule, s pomočjo katerih celica zazna določene signale).
Na primer, hormoni, ki krožijo v krvi, delujejo samo na ciljne celice, ki imajo receptorje, ki ustrezajo tem hormonom. nevrotransmiterji ( kemične snovi, ki zagotavljajo prevodnost živčnih impulzov) se vežejo tudi na posebne receptorske proteine ciljnih celic.
encimski – membranski proteini so pogosto encimi. Na primer, plazemske membrane črevesnih epitelijskih celic vsebujejo prebavni encimi.
izvajanje generiranja in prevajanja biopotencialov.
S pomočjo membrane se v celici vzdržuje stalna koncentracija ionov: koncentracija iona K+ v celici je veliko višja kot zunaj celice, koncentracija Na+ pa precej nižja, kar je zelo pomembno, saj to zagotavlja vzdrževanje potencialne razlike na membrani in generiranje živčnega impulza.
označevanje celic - na membrani so antigeni, ki delujejo kot markerji - “oznake”, ki omogočajo identifikacijo celice. To so glikoproteini (to so beljakovine, na katere so pritrjene razvejane oligosaharidne stranske verige), ki igrajo vlogo "anten". Zaradi neštetih konfiguracij stranskih verig je mogoče izdelati poseben marker za vsako vrsto celice. S pomočjo markerjev lahko celice prepoznajo druge celice in delujejo usklajeno z njimi, na primer pri tvorbi organov in tkiv. To tudi omogoča imunskemu sistemu, da prepozna tuje antigene.

Struktura in sestava biomembran

Membrane so sestavljene iz treh razredov lipidov: fosfolipidov, glikolipidov in holesterola. Fosfolipidi in glikolipidi (lipidi z ogljikovimi hidrati) so sestavljeni iz dveh dolgih hidrofobnih ogljikovodikovih repov, ki sta povezana z nabito hidrofilno glavo. Holesterol daje membrani togost tako, da zaseda prosti prostor med hidrofobnimi repi lipidov in jim preprečuje upogibanje. Zato so membrane z nizko vsebnostjo holesterola bolj prožne, tiste z visoko vsebnostjo holesterola pa bolj toge in krhke. Holesterol služi tudi kot "zamašek", ki preprečuje gibanje polarnih molekul iz celice in v celico. Pomemben del membrane sestavljajo beljakovine, ki prodirajo vanjo in so odgovorne za različne lastnosti membran. Njihova sestava in orientacija se razlikujeta v različnih membranah.

Celične membrane so pogosto asimetrične, to pomeni, da se plasti razlikujejo po lipidni sestavi, prehodu posamezne molekule iz ene plasti v drugo (t.i. Japonke) težko je.

Membranski organeli

To so zaprti posamezni ali med seboj povezani deli citoplazme, ločeni od hialoplazme z membranami. Enomembranski organeli vključujejo endoplazmatski retikulum, Golgijev aparat, lizosome, vakuole, peroksisome; na dvojne membrane - jedro, mitohondrije, plastide. Zgradba membran različnih organelov se razlikuje po sestavi lipidov in membranskih beljakovin.

Selektivna prepustnost

Celične membrane imajo selektivno prepustnost: glukoza, aminokisline, maščobne kisline, glicerol in ioni počasi difundirajo skozi njih, same membrane pa do določene mere aktivno uravnavajo ta proces - nekatere snovi prehajajo, druge pa ne. Obstajajo štirje glavni mehanizmi za vstop snovi v celico ali njihovo odstranjevanje iz celice navzven: difuzija, osmoza, aktivni transport in ekso- ali endocitoza. Prva dva procesa sta pasivne narave, to pomeni, da ne zahtevata energije; zadnja dva - aktivni procesi povezanih s porabo energije.

Selektivna prepustnost membrane med pasivnim transportom je posledica posebnih kanalov – integralnih proteinov. Prodrejo skozi membrano in tvorijo nekakšen prehod. Elementi K, Na in Cl imajo svoje kanale. Glede na koncentracijski gradient se molekule teh elementov premikajo v celico in iz nje. Ob draženju se natrijevi ionski kanalčki odprejo in pride do nenadnega dotoka natrijevih ionov v celico. V tem primeru pride do neravnovesja membranskega potenciala. Po tem se membranski potencial obnovi. Kalijevi kanali so vedno odprti, kar omogoča počasen vstop kalijevih ionov v celico.

Poglej tudi

Literatura

Antonov V.F., Smirnova E.N., Ševčenko E.V. Lipidne membrane med faznimi prehodi. - M.: Znanost, 1994.
Gennis R. Biomembrane. Molekularna zgradba in funkcije: prevod iz angleščine. = Biomembrane. Molekularna struktura in funkcija (Robert B. Gennis). - 1. izdaja. - M.: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
Ivanov V. G., Berestovski T. N. Lipidni dvosloj biološke membrane. - M.: Nauka, 1982.
Rubin A. B. Biofizika, učbenik v 2 zv. - 3. izdaja, popravljena in razširjena. - M.: Založba Moskovske univerze, 2004. -

Celična membrana

Biološka membrana vključuje tudi različne beljakovine: integralne (prodirajo skozi membrano), polintegralne (potopljene na enem koncu v zunanjo ali notranjo lipidno plast), površinske (nahajajo se na zunanji ali ob notranji strani membrane). Nekatere beljakovine so stične točke med celično membrano in citoskeletom znotraj celice ter celično steno (če obstaja) zunaj. Nekateri integralni proteini delujejo kot ionski kanali, različni prenašalci in receptorji.

Funkcije

bariera - zagotavlja urejeno, selektivno, pasivno in aktivno presnovo z okoljem. Na primer, membrana peroksisoma ščiti citoplazmo pred peroksidi, ki so nevarni za celico. Selektivna prepustnost pomeni, da je prepustnost membrane za različne atome ali molekule odvisna od njihove velikosti, električnega naboja in kemijskih lastnosti. Selektivna prepustnost zagotavlja, da so celica in celični deli ločeni od okolja in oskrbljeni s potrebnimi snovmi.
transport - transport snovi v celico in iz nje poteka skozi membrano. Transport skozi membrane zagotavlja: dostavo hranil, odstranjevanje končnih presnovnih produktov, izločanje različnih snovi, ustvarjanje ionskih gradientov, vzdrževanje optimalnih koncentracij ionov v celici, ki so potrebni za delovanje celičnih encimov.
Delci, ki iz kakršnega koli razloga ne morejo prečkati fosfolipidnega dvosloja (na primer zaradi hidrofilnih lastnosti, ker je membrana v notranjosti hidrofobna in ne prepušča hidrofilnih snovi, ali zaradi njihove velike velikosti), vendar so potrebni za celico. , lahko prodre skozi membrano preko posebnih nosilnih proteinov (transporterjev) in kanalskih proteinov ali z endocitozo.
Pri pasivnem transportu snovi prečkajo lipidni dvosloj brez porabe energije vzdolž koncentracijskega gradienta z difuzijo. Različica tega mehanizma je olajšana difuzija, pri kateri določena molekula pomaga snovi pri prehodu skozi membrano. Ta molekula ima lahko kanal, ki omogoča prehod le ene vrste snovi.
Aktivni transport zahteva energijo, saj poteka proti koncentracijskemu gradientu. Na membrani so posebne črpalne beljakovine, vključno z ATPazo, ki aktivno črpa kalijeve ione (K+) v celico in iz nje črpa natrijeve ione (Na+).
matriks - zagotavlja določen relativni položaj in orientacijo membranskih proteinov, njihovo optimalno interakcijo.
mehanski - zagotavlja avtonomijo celice, njenih znotrajceličnih struktur, pa tudi povezavo z drugimi celicami (v tkivih). Veliko vlogo pri zagotavljanju mehanskega delovanja imajo celične stene, pri živalih pa medcelična snov.
energija - pri fotosintezi v kloroplastih in celičnem dihanju v mitohondrijih v njihovih membranah delujejo sistemi za prenos energije, pri katerih sodelujejo tudi beljakovine;
receptor - nekateri proteini, ki se nahajajo v membrani, so receptorji (molekule, s pomočjo katerih celica zazna določene signale).
Na primer, hormoni, ki krožijo v krvi, delujejo samo na ciljne celice, ki imajo receptorje, ki ustrezajo tem hormonom. Na posebne receptorske proteine v tarčnih celicah se vežejo tudi nevrotransmiterji (kemikalije, ki zagotavljajo prevajanje živčnih impulzov).
encimski – membranski proteini so pogosto encimi. Na primer, plazemske membrane črevesnih epitelijskih celic vsebujejo prebavne encime.
izvajanje generiranja in prevajanja biopotencialov.
S pomočjo membrane se v celici vzdržuje stalna koncentracija ionov: koncentracija iona K+ v celici je veliko višja kot zunaj celice, koncentracija Na+ pa precej nižja, kar je zelo pomembno, saj to zagotavlja vzdrževanje potencialne razlike na membrani in generiranje živčnega impulza.
označevanje celic - na membrani so antigeni, ki delujejo kot markerji - “oznake”, ki omogočajo identifikacijo celice. To so glikoproteini (to so beljakovine, na katere so pritrjene razvejane oligosaharidne stranske verige), ki igrajo vlogo "anten". Zaradi neštetih konfiguracij stranskih verig je mogoče izdelati poseben marker za vsako vrsto celice. S pomočjo markerjev lahko celice prepoznajo druge celice in delujejo usklajeno z njimi, na primer pri tvorbi organov in tkiv. To tudi omogoča imunskemu sistemu, da prepozna tuje antigene.

Struktura in sestava biomembran

Celične membrane so pogosto asimetrične, to pomeni, da se plasti razlikujejo po lipidni sestavi, prehodu posamezne molekule iz ene plasti v drugo (t.i. Japonke) težko je.

Membranski organeli

Selektivna prepustnost

Poglej tudi

Literatura

Antonov V.F., Smirnova E.N., Ševčenko E.V. Lipidne membrane med faznimi prehodi. - M.: Znanost, 1994.
Gennis R. Biomembrane. Molekularna zgradba in funkcije: prevod iz angleščine. = Biomembrane. Molekularna struktura in funkcija (Robert B. Gennis). - 1. izdaja. - M.: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
Ivanov V. G., Berestovski T. N. Lipidni dvosloj bioloških membran. - M.: Nauka, 1982.
Rubin A. B. Biofizika, učbenik v 2 zv. - 3. izdaja, popravljena in razširjena. - M.: Založba Moskovske univerze, 2004. -

Celična membrana (plazemska membrana) je tanka, polprepustna membrana, ki obdaja celice.

Delovanje in vloga celične membrane

Njegova naloga je zaščititi celovitost notranjosti tako, da nekaterim omogoči potrebne snovi v kletko in drugim ne dovoli vstopa.

Služi tudi kot osnova za pritrditev na nekatere organizme in na druge. Tako plazemska membrana zagotavlja tudi obliko celice. Druga funkcija membrane je uravnavanje rasti celic z ravnovesjem in.

Pri endocitozi se lipidi in beljakovine odstranijo iz celične membrane, ko se snovi absorbirajo. Med eksocitozo se vezikli, ki vsebujejo lipide in beljakovine, zlijejo s celično membrano, kar poveča velikost celice. , celice gliv pa imajo plazemske membrane. Tudi notranji so na primer obdani z zaščitnimi membranami.

Struktura celične membrane

Plazemska membrana je v glavnem sestavljena iz mešanice beljakovin in lipidov. Odvisno od lokacije in vloge membrane v telesu lahko lipidi sestavljajo od 20 do 80 odstotkov membrane, preostanek pa so beljakovine. Medtem ko lipidi pomagajo dati membrani prožnost, beljakovine nadzorujejo in vzdržujejo kemična sestava celic in pomaga tudi pri transportu molekul skozi membrano.

Membranski lipidi

Fosfolipidi so glavna sestavina plazemskih membran. Tvorijo lipidni dvosloj, v katerem se hidrofilne (ki jih voda privlači) glave spontano organizirajo tako, da so obrnjene proti vodnemu citosolu in zunajcelični tekočini, medtem ko so hidrofobne (vodo odbijajoče) repne regije obrnjene stran od citosola in zunajcelične tekočine. Lipidni dvosloj je polprepusten, kar omogoča le nekaterim molekulam difuzijo skozi membrano.

Holesterol je še ena lipidna sestavina membran živalskih celic. Molekule holesterola so selektivno razpršene med membranskimi fosfolipidi. To pomaga vzdrževati togost celičnih membran, saj preprečuje, da bi fosfolipidi postali preveč gosti. Holesterola v celičnih membranah rastlin ni.

Glikolipidi se nahajajo z zunanjo površino celične membrane in so z njimi povezani z verigo ogljikovih hidratov. Celici pomagajo prepoznati druge celice v telesu.

Membranski proteini

Celična membrana vsebuje dve vrsti povezanih beljakovin. Beljakovine periferne membrane so zunanje in so z njo povezane z interakcijo z drugimi beljakovinami. Integralni membranski proteini se vnašajo v membrano in večina prehaja skozi. Deli teh transmembranskih proteinov se nahajajo na obeh straneh.

Proteini plazemske membrane imajo številne različne funkcije. Strukturne beljakovine zagotavljajo podporo in obliko celicam. Membranski receptorski proteini pomagajo celicam komunicirati z zunanjim okoljem s pomočjo hormonov, nevrotransmiterjev in drugih signalnih molekul. Transportni proteini, kot so globularni proteini, prenašajo molekule skozi celične membrane z olajšano difuzijo. Na glikoproteine je vezana veriga ogljikovih hidratov. Vgrajeni so v celično membrano in pomagajo pri izmenjavi in transportu molekul.

Membrane organelov

Nekateri celični organeli so obdani tudi z zaščitnimi membranami. Jedro,