Struktura i uloga stanične membrane. Struktura i funkcije stanične membrane
Cell- samoregulirajuća strukturna i funkcionalna jedinica tkiva i organa. Ćelijsku teoriju strukture organa i tkiva razvili su Schleiden i Schwann 1839. godine. Nakon toga, uz pomoć elektronske mikroskopije i ultracentrifugiranja, bilo je moguće razjasniti strukturu svih glavnih organela životinja i biljne ćelije(Sl. 1).
Rice. 1. Shema strukture životinjske ćelije
Glavni dijelovi ćelije su citoplazma i jezgro. Svaka ćelija je okružena vrlo tankom membranom koja ograničava njen sadržaj.
Ćelijska membrana se zove plazma membrana a karakterizira ga selektivna propusnost. Ovo svojstvo omogućava esencijalne nutrijente i hemijski elementi prodiru u ćeliju, a višak proizvoda je napušta. Plazma membrana se sastoji od dva sloja molekula lipida koji sadrže specifične proteine. Glavni membranski lipidi su fosfolipidi. Sadrže fosfor, polarnu glavu i dva nepolarna repa dugolančanih masnih kiselina. Membranski lipidi uključuju holesterol i estere holesterola. U skladu sa tečnim mozaičkim modelom strukture, membrane sadrže inkluzije proteinskih i lipidnih molekula koje se mogu miješati u odnosu na dvosloj. Svaki tip membrane bilo koje životinjske ćelije ima svoj relativno konstantan sastav lipida.
Membranski proteini se prema svojoj strukturi dijele u dvije vrste: integralne i periferne. Periferni proteini se mogu ukloniti iz membrane bez njenog uništavanja. Postoje četiri tipa membranskih proteina: transportni proteini, enzimi, receptori i strukturni proteini. Neki membranski proteini imaju enzimsku aktivnost, drugi vezuju određene tvari i olakšavaju njihov transport u ćeliju. Proteini obezbeđuju nekoliko puteva za kretanje supstanci kroz membrane: formiraju velike pore koje se sastoje od nekoliko proteinskih podjedinica koje omogućavaju molekulima vode i jonima da se kreću između ćelija; formiraju jonske kanale specijalizovane za kretanje određenih vrsta jona kroz membranu pod određenim uslovima. Strukturni proteini su povezani sa unutrašnjim lipidnim slojem i obezbeđuju citoskelet ćelije. Citoskelet pruža mehaničku čvrstoću ćelijskoj membrani. U različitim membranama proteini čine od 20 do 80% mase. Membranski proteini mogu se slobodno kretati u bočnoj ravni.
Membrana također sadrži ugljikohidrate koji se mogu kovalentno vezati za lipide ili proteine. Postoje tri vrste membranskih ugljikohidrata: glikolipidi (gangliozidi), glikoproteini i proteoglikani. Većina membranskih lipida je u tečnom stanju i ima određenu fluidnost, tj. mogućnost kretanja iz jednog područja u drugo. Na vanjskoj strani membrane nalaze se receptorska mjesta koja vezuju različite hormone. Druga specifična područja membrane ne mogu prepoznati i vezati određene proteine i različite biološki aktivne spojeve koji su strani za ove stanice.
Unutrašnji prostor ćelije ispunjen je citoplazmom, u kojoj se odvija većina enzimski katalizovanih reakcija ćelijskog metabolizma. Citoplazma se sastoji od dva sloja: unutrašnjeg, koji se naziva endoplazma, i perifernog, ektoplazme, koji ima visok viskozitet i lišen je granula. Citoplazma sadrži sve komponente ćelije ili organele. Najvažnije od ćelijskih organela su endoplazmatski retikulum, ribozomi, mitohondrije, Golgijev aparat, lizozomi, mikrofilamenti i mikrotubuli, peroksizomi.
Endoplazmatski retikulum je sistem međusobno povezanih kanala i šupljina koji prodiru kroz cijelu citoplazmu. Osigurava transport tvari iz okoline i unutar ćelija. Endoplazmatski retikulum također služi kao depo za intracelularne ione Ca 2+ i služi kao glavno mjesto sinteze lipida u ćeliji.
ribosomi - mikroskopske sferne čestice prečnika 10-25 nm. Ribosomi se slobodno nalaze u citoplazmi ili su pričvršćeni za vanjsku površinu membrana endoplazmatskog retikuluma i nuklearne membrane. Oni stupaju u interakciju sa glasnikom i transportnom RNK, a u njima se odvija sinteza proteina. Oni sintetiziraju proteine koji ulaze u cisterne ili Golgijev aparat, a zatim se oslobađaju van. Ribosomi, koji su slobodno locirani u citoplazmi, sintetiziraju proteine koje koristi sama stanica, a ribozomi povezani s endoplazmatskim retikulumom proizvode protein koji se izlučuje iz stanice. Ribosomi sintetiziraju različite funkcionalne proteine: proteine nosače, enzime, receptore, proteine citoskeleta.
Golgijev aparat formiran sistemom tubula, cisterni i vezikula. Povezan je s endoplazmatskim retikulumom, a biološki aktivne tvari koje ovdje ulaze pohranjuju se u zbijenom obliku u sekretornim vezikulama. Potonji se stalno odvajaju od Golgijevog aparata, transportuju do ćelijske membrane i spajaju se s njom, a tvari sadržane u vezikulama se uklanjaju iz stanice kroz proces egzocitoze.
lizozomi - membranom okružene čestice veličine 0,25-0,8 mikrona. Sadrže brojne enzime uključene u razgradnju proteina, polisaharida, masti, nukleinskih kiselina, bakterija i stanica.
Peroksizomi formirani od glatkog endoplazmatskog retikuluma, podsjećaju na lizozome i sadrže enzime koji katalizuju razgradnju vodikovog peroksida, koji se razgrađuje pod utjecajem peroksidaza i katalaze.
Mitohondrije sadrže spoljašnje i unutrašnje membrane i predstavljaju „energetsku stanicu“ ćelije. Mitohondrije su okrugle ili izdužene strukture sa dvostrukom membranom. Unutrašnja membrana formira nabore koji strše u mitohondrije - kriste. U njima se odvija sinteza ATP-a, oksidacija supstrata Krebsovog ciklusa i mnoge biohemijske reakcije. ATP molekule proizvedene u mitohondrijima difundiraju u sve dijelove ćelije. Mitohondrije sadrže malu količinu DNK, RNK i ribozoma, a uz njihovo učešće dolazi do obnove i sinteze novih mitohondrija.
Mikrofilamenti Oni su tanki proteinski filamenti koji se sastoje od miozina i aktina i čine kontraktilni aparat ćelije. Mikrofilamenti su uključeni u formiranje nabora ili izbočina stanične membrane, kao i u kretanju različitih struktura unutar ćelija.
Mikrotubulečine osnovu citoskeleta i obezbeđuju njegovu snagu. Citoskelet daje ćelijama njihove karakteristike izgled i oblik, služi kao mjesto za vezivanje unutarćelijskih organela i raznih tijela. U nervnim ćelijama, snopovi mikrotubula su uključeni u transport supstanci od tela ćelije do krajeva aksona. Uz njihovo učešće, mitotičko vreteno funkcioniše tokom deobe ćelije. Oni igraju ulogu motoričkih elemenata u resicama i flagelama kod eukariota.
Core je glavna struktura ćelije, učestvuje u prenošenju naslednih karakteristika i u sintezi proteina. Jezgro je okruženo nuklearnom membranom koja sadrži mnoge nuklearne pore kroz koje se razmjenjuju različite tvari između jezgre i citoplazme. Unutar njega se nalazi nukleol. Utvrđena je značajna uloga nukleola u sintezi ribosomske RNK i histonskih proteina. Preostali dijelovi jezgre sadrže kromatin, koji se sastoji od DNK, RNK i niza specifičnih proteina.
Funkcije ćelijske membrane
Stanične membrane igraju ključnu ulogu u regulaciji intracelularnog i međućelijskog metabolizma. Imaju selektivnu propusnost. Njihova specifična struktura omogućava im da obezbede funkcije barijera, transporta i regulacije.
Funkcija barijere manifestira se u ograničavanju prodiranja spojeva otopljenih u vodi kroz membranu. Membrana je nepropusna za velike proteinske molekule i organske anjone.
Regulatorna funkcija membrane reguliraju unutarćelijski metabolizam kao odgovor na kemijske, biološke i mehaničke utjecaje. Posebni membranski receptori percipiraju različite utjecaje s naknadnom promjenom aktivnosti enzima.
Transportna funkcija kroz biološke membrane može se provoditi pasivno (difuzija, filtracija, osmoza) ili korištenjem aktivnog transporta.
difuzija - kretanje gasa ili rastvorljive supstance duž koncentracijskog i elektrohemijskog gradijenta. Brzina difuzije ovisi o propusnosti ćelijske membrane, kao i o gradijentu koncentracije za nenabijene čestice i električnom i koncentracijskom gradijentu za nabijene čestice. Jednostavna difuzija javlja se kroz lipidni dvosloj ili kroz kanale. Nabijene čestice kreću se prema elektrohemijskom gradijentu, a nenabijene čestice kreću se prema kemijskom gradijentu. Na primjer, kisik, steroidni hormoni, urea, alkohol, itd. prodiru kroz lipidni sloj membrane jednostavnom difuzijom. Kroz kanale se kreću različiti joni i čestice. Ionski kanali su formirani od proteina i dijele se na zatvorene i nepropusne kanale. U zavisnosti od selektivnosti, razlikuje se ionsko selektivne kablove, koji propuštaju samo jedan jon, i kanale koji nemaju selektivnost. Kanali imaju otvor i selektivni filter, a kontrolirani kanali imaju mehanizam za zatvaranje.
Olakšana difuzija - proces u kojem se supstance transportuju kroz membranu pomoću posebnih membranskih transportnih proteina. Na taj način aminokiseline i monosaharidi prodiru u ćeliju. Ova vrsta transporta se odvija veoma brzo.
osmoza - kretanje vode kroz membranu iz rastvora sa nižim u rastvor sa višim osmotskim pritiskom.
aktivni transport - transport tvari protiv gradijenta koncentracije pomoću transportnih ATPaza (jonske pumpe). Ovaj prijenos se događa s utroškom energije.
Na + /K + -, Ca 2+ - i H + -pumpe su više proučavane. Pumpe se nalaze na ćelijskim membranama.
Vrsta aktivnog transporta je endocitoza I egzocitoza. Pomoću ovih mehanizama transportuju se veće supstance (proteini, polisaharidi, nukleinske kiseline) koje se ne mogu transportovati kroz kanale. Ovaj transport je češći u epitelnim stanicama crijeva, bubrežnim tubulima i vaskularnom endotelu.
At U endocitozi, stanične membrane stvaraju invaginacije u ćeliji, koje se, kada se oslobode, pretvaraju u vezikule. Tokom egzocitoze, vezikule se sa svojim sadržajem prenose na ćelijsku membranu i stapaju s njom, a sadržaj vezikula se oslobađa u vanćelijsku sredinu.
Struktura i funkcije stanične membrane
Da biste razumjeli procese koji osiguravaju postojanje električnih potencijala u živim stanicama, prvo morate razumjeti strukturu ćelijske membrane i njena svojstva.
Trenutno je najšire prihvaćen model tekućeg mozaika membrane, koji su predložili S. Singer i G. Nicholson 1972. godine. Membrana se zasniva na dvostrukom sloju fosfolipida (dvosloj), čiji su hidrofobni fragmenti molekula uronjene u debljinu membrane, a polarne hidrofilne grupe su orijentirane prema van, one. u okolno vodeno okruženje (slika 2).
Membranski proteini su lokalizirani na površini membrane ili mogu biti ugrađeni na različite dubine u hidrofobnu zonu. Neki proteini pokrivaju membranu, a različite hidrofilne grupe istog proteina nalaze se na obje strane ćelijske membrane. Proteini koji se nalaze u plazma membrani igraju veoma važnu ulogu: učestvuju u formiranju jonskih kanala, imaju ulogu membranskih pumpi i transportera različitih supstanci, a mogu obavljati i funkciju receptora.
Glavne funkcije stanične membrane: barijerna, transportna, regulatorna, katalitička.
Funkcija barijere je da ograniči difuziju jedinjenja rastvorljivih u vodi kroz membranu, što je neophodno za zaštitu ćelija od stranih, toksičnih supstanci i održavanje relativno konstantnog sadržaja različitih supstanci unutar ćelija. Dakle, ćelijska membrana može usporiti difuziju različitih supstanci za 100.000-10.000.000 puta.
Rice. 2. Trodimenzionalni dijagram tečno-mozaičnog modela Singer-Nicholsonove membrane
Prikazani su globularni integralni proteini ugrađeni u lipidni dvosloj. Neki proteini su jonski kanali, drugi (glikoproteini) sadrže bočne lance oligosaharida koji su uključeni u prepoznavanje stanica među sobom iu međućelijskom tkivu. Molekuli holesterola su usko uz fosfolipidne glave i fiksiraju susjedne dijelove "repova". Unutrašnji dijelovi repova molekula fosfolipida nisu ograničeni u svom kretanju i odgovorni su za fluidnost membrane (Bretscher, 1985.)
Membrana sadrži kanale kroz koje prodiru joni. Kanali mogu biti zavisni od napona ili potencijalno nezavisni. Kanali zavisni od napona otvoren kada se razlika potencijala promijeni, i potencijalno nezavisni(hormonski regulisano) otvara se kada receptori stupaju u interakciju sa supstancama. Kanali se mogu otvarati ili zatvarati zahvaljujući vratima. U membranu su ugrađene dvije vrste kapija: aktivacija(duboko u kanalu) i inaktivacija(na površini kanala). Kapija može biti u jednom od tri stanja:
- otvoreno stanje (obe vrste kapija su otvorene);
- zatvoreno stanje (aktivacijska kapija zatvorena);
- stanje inaktivacije (inaktivaciona kapija zatvorena).
Drugi karakteristična karakteristika membrane je sposobnost obavljanja selektivnog prijenosa anorganskih iona, hranjivih tvari, kao i raznih metaboličkih proizvoda. Postoje sistemi pasivnog i aktivnog transfera (transporta) supstanci. Pasivno transport se odvija kroz jonske kanale sa ili bez pomoći proteina nosača, a njegova pokretačka sila je razlika u elektrohemijskom potencijalu jona između intra- i ekstracelularnog prostora. Selektivnost jonskih kanala određena je njegovim geometrijskim parametrima i hemijskom prirodom grupa koje oblažu zidove kanala i njegovog ušća.
Trenutno su najbolje proučeni kanali koji su selektivno propusni za jone Na+, K+, Ca 2+, kao i za vodu (tzv. akvaporini). Prečnik jonskih kanala, prema različitim studijama, iznosi 0,5-0,7 nm. Kapacitet kanala može varirati 10 7 - 10 8 jona u sekundi može proći kroz jedan jonski kanal.
Aktivan transport se odvija uz utrošak energije i obavlja se takozvanim jonskim pumpama. Jonske pumpe su molekularne proteinske strukture ugrađene u membranu koje transportuju ione prema višem elektrohemijskom potencijalu.
Pumpe rade koristeći energiju ATP hidrolize. Trenutno, Na+/K+ - ATPaza, Ca 2+ - ATPaza, H + - ATPaza, H + /K + - ATPaza, Mg 2+ - ATPaza, koji osiguravaju kretanje iona Na +, K +, Ca 2+, respektivno , su dobro proučeni, H+, Mg 2+ izolovani ili konjugovani (Na+ i K+; H+ i K+). Molekularni mehanizam aktivnog transporta nije u potpunosti shvaćen.
Stanična membrana, koja se još naziva i plazmalema, citolema ili plazma membrana, je molekularna struktura, elastične prirode, koja se sastoji od različitih proteina i lipida. On odvaja sadržaj bilo koje ćelije od spoljašnjeg okruženja, čime reguliše njena zaštitna svojstva, a takođe obezbeđuje razmenu između spoljašnje sredine i neposrednog unutrašnjeg sadržaja ćelije.
Plazma membrana
Plazmalema je pregrada koja se nalazi unutra, direktno iza membrane. Ona dijeli ćeliju na određene odjeljke, koji su usmjereni na odjeljke ili organele. Sadrže specijalizovane uslove okoline. Ćelijski zid u potpunosti prekriva cijelu ćelijsku membranu. Izgleda kao dvostruki sloj molekula.
Osnovne informacije
Sastav plazmaleme su fosfolipidi ili, kako ih još nazivaju, kompleksni lipidi. Fosfolipidi imaju nekoliko dijelova: rep i glavu. Stručnjaci nazivaju hidrofobne i hidrofilne dijelove: ovisno o strukturi životinjske ili biljne stanice. Područja koja se nazivaju glava okrenuta su prema unutrašnjoj strani ćelije, a repovi prema van. Plazmaleme su nepromjenjive strukture i vrlo su slične u različitim organizmima; Najčešće, izuzetak mogu biti arheje, čije se pregrade sastoje od raznih alkohola i glicerola.
Debljina plazmaleme je približno 10 nm.
Postoje pregrade koje se nalaze izvana ili izvan dijela uz membranu - nazivaju se površnim. Neke vrste proteina mogu biti jedinstvene kontaktne tačke za ćelijsku membranu i membranu. Unutar ćelije nalazi se citoskelet i vanjski zid. Određeni tipovi integralnog proteina mogu se koristiti kao kanali u receptorima za transport jona (paralelno sa nervnim završecima).
Ako koristite elektronski mikroskop, možete dobiti podatke na osnovu kojih možete konstruirati dijagram strukture svih dijelova ćelije, kao i glavnih komponenti i membrana. Gornji aparat će se sastojati od tri podsistema:
- složena supramembranska inkluzija;
- potporno-kontraktilni aparat citoplazme, koji će imati submembranski dio.
Ovaj aparat uključuje ćelijski citoskelet. Citoplazma sa organelama i jezgrom naziva se nuklearni aparat. Citoplazmatska ili, drugim riječima, membrana plazma ćelija nalazi se ispod ćelijske membrane.
Reč "membrana" dolazi od latinska reč membrum, što se može prevesti kao "koža" ili "ljuska". Termin je predložen prije više od 200 godina i češće se koristio za označavanje rubova ćelije, ali u periodu kada je počela upotreba različite elektronske opreme, ustanovljeno je da plazma citoleme čine mnogo različitih elemenata membrane. .
Elementi su najčešće strukturni, kao što su:
- mitohondrije;
- lizozomi;
- plastidi;
- particije.
Britanski naučni institut izneo je jednu od prvih hipoteza o molekularnom sastavu plazma membrane 1940. godine. Već 1960. godine William Roberts je svijetu predložio hipotezu o "elementarnoj membrani". Pretpostavila je da se sve ćelijske plazmaleme sastoje od određenih dijelova i da se, zapravo, formiraju prema općem principu za sva carstva organizama.
Početkom sedamdesetih godina 20. veka otkriveno je mnogo podataka na osnovu kojih su 1972. godine naučnici iz Australije predložili novi mozaično-tečni model strukture ćelije.
Struktura plazma membrane
Model iz 1972. je općenito poznat do danas. To jest, u moderna nauka, na koje se oslanjaju razni naučnici koji rade sa školjkom teorijski rad“Struktura biološke membrane koristeći model tečnog mozaika.”
Proteinski molekuli su povezani sa lipidnim dvoslojem i potpuno prodiru kroz cijelu membranu - integralni proteini (jedan od uobičajenih naziva je transmembranski protein).
Ljuska sadrži različite komponente ugljikohidrata koje će izgledati kao polisaharidni ili saharidni lanac. Lanac će zauzvrat biti povezan lipidima i proteinima. Lanci povezani proteinskim molekulima nazivaju se glikoproteini, a molekulima lipida - glikozidi. Ugljikohidrati se nalaze na vanjskoj strani membrane i djeluju kao receptori u životinjskim stanicama.
Glikoproteini - predstavljaju kompleks supramembranskih funkcija. Naziva se i glikokaliks (od grčkih reči glyk i kalix, što znači „slatko“ i „šalja“). Kompleks podstiče adheziju ćelija.
Funkcije plazma membrane
Barijera
Pomaže odvojiti unutrašnje komponente ćelijske mase od onih supstanci koje su vanjske. Štiti tijelo od ulaska raznih tvari koje bi mu bile strane i pomaže u održavanju unutarćelijske ravnoteže.
Transport
Ćelija ima svoj "pasivni transport" i koristi ga za smanjenje potrošnje energije. Transportna funkcija radi u sljedećim procesima:
- endocitoza;
- egzocitoza;
- metabolizam natrijuma i kalijuma.
Na vanjskoj strani membrane nalazi se receptor na čijem mjestu dolazi do miješanja hormona i raznih regulatornih molekula.
Pasivni transport- proces u kojem supstanca prolazi kroz membranu bez trošenja energije. Drugim riječima, tvar se isporučuje iz područja ćelije s visokom koncentracijom na stranu gdje će koncentracija biti niža.
Postoje dvije vrste:
- Jednostavna difuzija- svojstveno je malim neutralnim molekulima H2O, CO2 i O2 i nekim hidrofobnim organskim supstancama male molekularne težine i, shodno tome, bez problema prolaze kroz membranske fosfolipide. Ovi molekuli mogu prodrijeti kroz membranu sve dok gradijent koncentracije nije stabilan i nepromijenjen.
- Olakšana difuzija- karakteristika različitih hidrofilnih molekula. Oni također mogu proći kroz membranu prema gradijentu koncentracije. Međutim, proces će se odvijati uz pomoć različitih proteina, koji će formirati specifične kanale jonskih spojeva u membrani.
Aktivan transport- ovo je kretanje različitih komponenti kroz zid membrane za razliku od gradijenta. Takav prijenos zahtijeva značajan utrošak energetskih resursa u ćeliji. Najčešće je aktivni transport glavni izvor potrošnje energije.
Postoji nekoliko varijanti aktivni transport uz učešće proteina nosača:
- Natrijum-kalijum pumpa. Primanje neophodnih minerala i elemenata u tragovima od strane ćelije.
- Endocitoza- proces u kojem stanica hvata čvrste čestice (fagocitoza) ili razne kapljice bilo koje tekućine (pinocitoza).
- Egzocitoza- proces u kojem se određene čestice oslobađaju iz ćelije u spoljašnju sredinu. Proces je protivteža endocitozi.
Termin "endocitoza" dolazi od grčkih riječi "enda" (iznutra) i "ketosis" (čaša, posuda). Proces karakterizira hvatanje vanjskih spojeva od strane ćelije i provodi se tokom proizvodnje membranskih vezikula. Ovaj termin je 1965. godine skovao Christian Bayles, profesor citologije u Belgiji, koji je proučavao unos različitih supstanci stanicama sisara, kao i fagocitozu i pinocitozu.
Fagocitoza
Javlja se kada ćelija uhvati određene čvrste čestice ili žive ćelije. A pinocitoza je proces kojim ćelija hvata kapljice tečnosti. Fagocitoza (od grčkih riječi "žder" i "sprema") je proces kojim se hvataju i apsorbiraju vrlo mali živi objekti, kao i čvrsti dijelovi različitih jednoćelijskih organizama.
Otkriće procesa pripada fiziologu iz Rusije - Vjačeslavu Ivanoviču Mečnikovu, koji je utvrdio sam proces, dok je vršio razne testove sa morskim zvezdama i sićušnim dafnijama.
Ishrana jednoćelijskih heterotrofnih organizama zasniva se na njihovoj sposobnosti varenja i hvatanja različitih čestica.
Mečnikov je opisao algoritam za apsorpciju bakterija amebom i opšti princip fagocitoze:
- adhezija - lijepljenje bakterija na staničnu membranu;
- apsorpcija;
- formiranje vezikule s bakterijskom ćelijom;
- otkucavanje boce.
Na osnovu toga, proces fagocitoze se sastoji od sljedećih faza:
- Apsorbirana čestica je pričvršćena za membranu.
- Okruženje apsorbovane čestice membranom.
- Formiranje membranskog vezikula (fagozoma).
- Odvajanje membranskog vezikula (fagosoma) u unutrašnjost ćelije.
- Kombinacija fagosoma i lizosoma (digestija), kao i unutrašnje kretanje čestica.
Može se uočiti potpuna ili djelomična probava.
U slučaju djelomične probave najčešće se formira rezidualno tijelo koje će neko vrijeme ostati unutar ćelije. Oni ostaci koji su nesvareni uklanjaju se (evakuišu) iz ćelije egzocitozom. Tokom procesa evolucije, ova funkcija predispozicije za fagocitozu se postupno odvojila i prešla iz različitih jednoćelijskih ćelija u specijalizirane ćelije (kao što su probavne ćelije kod koelenterata i spužvi), a zatim do specijaliziranih stanica kod sisara i ljudi.
Limfociti i leukociti u krvi su predisponirani na fagocitozu. Sam proces fagocitoze zahtijeva velike količine energije i direktno je u kombinaciji s aktivnošću vanjske stanične membrane i lizosoma, gdje se nalaze probavni enzimi.
Pinocitoza
Pinocitoza je hvatanje tečnosti koja sadrži različite supstance na površini ćelije. Otkriće fenomena pinocitoze pripada naučniku Fitzgeraldu Lewisu. Ovaj događaj se zbio 1932. godine.
Pinocitoza je jedan od glavnih mehanizama u kojima visokomolekularna jedinjenja, na primjer, različiti glikoproteini ili topljivi proteini, ulaze u ćeliju. Pinocitotička aktivnost je, pak, nemoguća bez fiziološkog stanja ćelije i zavisi od njenog sastava i sastava životne sredine. Najaktivniju pinocitozu možemo uočiti kod amebe.
Kod ljudi, pinocitoza se uočava u crijevnim stanicama, krvnim sudovima, bubrežnim tubulima, kao i u rastućim oocitima. Da bi se prikazao proces pinocitoze, koji će se izvoditi pomoću ljudskih leukocita, može se napraviti protruzija plazma membrane. U tom slučaju, dijelovi će biti razvezani i odvojeni. Proces pinocitoze zahtijeva energiju.
Faze procesa pinocitoze:
- Na vanjskoj ćelijskoj plazmalemi pojavljuju se tanke izrasline koje okružuju kapljice tekućine.
- Ovaj dio vanjske ljuske postaje tanji.
- Formiranje membranske vezikule.
- Zid se probija (propada).
- Vezikula se kreće u citoplazmi i može se spojiti s raznim vezikulama i organelama.
Egzocitoza
Izraz dolazi od grčkih riječi “exo” – vanjski, vanjski i “cytosis” – posuda, čaša. Proces uključuje oslobađanje određenih čestica od strane ćelije u vanjsko okruženje. Proces egzocitoze je suprotan od pinocitoze.
Tokom procesa ekocitoze, mjehurići intracelularne tekućine izlaze iz ćelije i kreću se na vanjsku membranu ćelije. Sadržaj unutar vezikula može se osloboditi van, a ćelijska membrana se spaja sa membranom vezikula. Dakle, većina makromolekularnih veza će se dogoditi na ovaj način.
Egzocitoza obavlja niz zadataka:
- dostava molekula na vanjsku ćelijsku membranu;
- transport kroz ćeliju tvari koje će biti potrebne za rast i povećanje površine membrane, na primjer, određenih proteina ili fosfolipida;
- otpuštanje ili spajanje raznih dijelova;
- uklanjanje štetnih i toksičnih proizvoda koji se pojavljuju tijekom metabolizma, na primjer, klorovodične kiseline koju luče stanice želučane sluznice;
- transport pepsinogena, kao i signalnih molekula, hormona ili neurotransmitera.
Specifične funkcije bioloških membrana:
- stvaranje impulsa koji se javlja na nivou živaca, unutar membrane neurona;
- sinteza polipeptida, kao i lipida i ugljikohidrata grubog i glatkog retikuluma endoplazmatskog retikuluma;
- promjena svjetlosne energije i njeno pretvaranje u hemijsku energiju.
Video
Iz našeg videa naučit ćete mnogo zanimljivih i korisnih stvari o strukturi ćelije.
Membrana je ultra-fina struktura koja formira površine organela i ćeliju u cjelini. Sve membrane imaju sličnu strukturu i povezane su u jedan sistem.
Hemijski sastav
Stanične membrane su hemijski homogene i sastoje se od proteina i lipida različitih grupa:
- fosfolipidi;
- galaktolipidi;
- sulfolipidi.
Sadrže i nukleinske kiseline, polisaharide i druge supstance.
Fizička svojstva
Pri normalnim temperaturama, membrane su u tekućem kristalnom stanju i stalno fluktuiraju. Njihov viskozitet je blizak viskoznosti biljnog ulja.
Membrana je povratna, izdržljiva, elastična i porozna. Debljina membrane je 7 - 14 nm.
TOP 4 člankakoji čitaju uz ovo
Membrana je nepropusna za velike molekule. Mali molekuli i ioni mogu proći kroz pore i samu membranu pod uticajem razlika koncentracije na različitim stranama membrane, kao i uz pomoć transportnih proteina.
Model
Tipično, struktura membrana se opisuje korištenjem fluidnog modela mozaika. Membrana ima okvir - dva reda molekula lipida, čvrsto prislonjenih jedan uz drugi, poput cigli.
Rice. 1. Biološka membrana tipa sendvič.
S obje strane, površina lipida je prekrivena proteinima. Mozaični uzorak formiraju proteinski molekuli neravnomjerno raspoređeni na površini membrane.
Prema stepenu uronjenja u bilipidni sloj, proteinski molekuli se dijele na tri grupe:
- transmembranski;
- potopljeno;
- površno.
Proteini osiguravaju glavno svojstvo membrane - njenu selektivnu propusnost za različite tvari.
Vrste membrana
Sve stanične membrane prema lokalizaciji mogu se podijeliti na sljedeće vrste:
- eksterno;
- nuklearna;
- membrane organela.
Vanjska citoplazmatska membrana ili plazmolema je granica stanice. Povezujući se s elementima citoskeleta, održava svoj oblik i veličinu.
Rice. 2. Citoskelet.
Nuklearna membrana ili kariolema je granica nuklearnog sadržaja. Sastoji se od dvije membrane, vrlo slične vanjskoj. Vanjska membrana jezgra povezana je sa membranama endoplazmatskog retikuluma (ER) i, kroz pore, sa unutrašnjom membranom.
ER membrane prodiru kroz cijelu citoplazmu, formirajući površine na kojima se odvija sinteza različitih tvari, uključujući membranske proteine.
Organele membrane
Većina organela ima membransku strukturu.
Zidovi su građeni od jedne membrane:
- Golgijev kompleks;
- vakuole;
- lizozomi
Plastidi i mitohondrije građeni su od dva sloja membrana. Njihova vanjska membrana je glatka, a unutrašnja formira mnogo nabora.
Karakteristike fotosintetskih membrana hloroplasta su ugrađene molekule hlorofila.
Životinjske ćelije imaju sloj ugljikohidrata na površini svoje vanjske membrane koji se naziva glikokaliks.
Rice. 3. Glikokaliks.
Glikokaliks je najrazvijeniji u ćelijama crevnog epitela, gde stvara uslove za varenje i štiti plazmalemu.
Tabela "Struktura ćelijske membrane"
Šta smo naučili?
Pogledali smo strukturu i funkcije stanične membrane. Membrana je selektivna (selektivna) barijera ćelije, jezgra i organela. Struktura ćelijske membrane je opisana modelom fluidnog mozaika. Prema ovom modelu, proteinski molekuli su ugrađeni u dvosloj viskoznih lipida.
Testirajte na temu
Evaluacija izvještaja
Prosječna ocjena: 4.5. Ukupno primljenih ocjena: 120.
Spoljašnja strana ćelije prekrivena je plazma membranom (ili vanjskom ćelijskom membranom) debljine oko 6-10 nm.
Stanična membrana je gust film proteina i lipida (uglavnom fosfolipida). Molekuli lipida su raspoređeni na uredan način - okomito na površinu, u dva sloja, tako da su njihovi dijelovi koji intenzivno komuniciraju s vodom (hidrofilni) usmjereni prema van, a njihovi dijelovi inertni prema vodi (hidrofobni) usmjereni su prema unutra.
Molekuli proteina nalaze se u nekontinuiranom sloju na površini lipidnog okvira s obje strane. Neki od njih su uronjeni u lipidni sloj, a neki prolaze kroz njega, formirajući područja propusna za vodu. Ovi proteini obavljaju različite funkcije – neki od njih su enzimi, drugi su transportni proteini uključeni u prijenos određenih tvari iz okoline u citoplazmu iu suprotnom smjeru.
Osnovne funkcije stanične membrane
Jedno od glavnih svojstava bioloških membrana je selektivna permeabilnost (polupropusnost)- neke tvari prolaze kroz njih otežano, druge lako i čak prema većim koncentracijama okruženje. Suprotan odnos je tipičan za K ione: njihova koncentracija unutar ćelije je veća nego izvan nje. Prema tome, joni Na uvek imaju tendenciju da prodru u ćeliju, a K joni uvek imaju tendenciju da izađu. Izjednačavanje koncentracija ovih jona sprečeno je prisustvom u membrani posebnog sistema koji ima ulogu pumpe, koja pumpa Na ione iz ćelije i istovremeno pumpa K ione unutra.
Tendencija Na jona da se kreću izvana ka unutra koristi se za transport šećera i aminokiselina u ćeliju. Aktivnim uklanjanjem Na iona iz ćelije stvaraju se uslovi za ulazak glukoze i aminokiselina u nju.
![](https://i0.wp.com/animals-world.ru//wp-content/uploads/2018/02/transport-cherez-membranu.jpg)
U mnogim ćelijama, supstance se apsorbuju i fagocitozom i pinocitozom. At fagocitoza fleksibilna vanjska membrana formira malu udubinu u koju zarobljena čestica pada. Ovo udubljenje se povećava i, okružena dijelom vanjske membrane, čestica je uronjena u citoplazmu ćelije. Fenomen fagocitoze karakterističan je za amebe i neke druge protozoe, kao i za leukocite (fagocite). Na sličan način ćelije apsorbuju tečnosti koje sadrže supstance neophodne za ćeliju. Ova pojava je nazvana pinocitoza.
Vanjske membrane različitih stanica značajno se razlikuju kako po hemijskom sastavu njihovih proteina i lipida, tako i po njihovom relativnom sadržaju. Upravo te karakteristike određuju raznolikost fiziološke aktivnosti membrana različitih stanica i njihovu ulogu u životu stanica i tkiva.
Endoplazmatski retikulum ćelije povezan je sa spoljašnjom membranom. Uz pomoć vanjskih membrana ostvaruju se različite vrste međućelijskih kontakata, tj. komunikacija između pojedinačnih ćelija.
Mnoge vrste ćelija karakteriše prisustvo na njihovoj površini velika količina izbočine, nabori, mikroresice. Oni doprinose značajnom povećanju površine ćelije i poboljšanju metabolizma, kao i jačoj povezanosti između pojedinačnih ćelija i jedne druge.
Biljne ćelije imaju debele membrane na vanjskoj strani ćelijske membrane, jasno vidljive pod optičkim mikroskopom, koje se sastoje od vlakana (celuloze). Oni stvaraju jaku potporu biljnim tkivima (drvo).
Neke životinjske ćelije također imaju brojne vanjske strukture smještene na vrhu ćelijske membrane i imaju zaštitnu prirodu. Primjer je hitin integumentarnih stanica insekata.
Funkcije ćelijske membrane (ukratko)
Funkcija | Opis |
---|---|
Zaštitna barijera | Odvaja unutrašnje ćelijske organele od spoljašnje sredine |
Regulatorno | Reguliše metabolizam između unutrašnjeg sadržaja ćelije i spoljašnje sredine |
Podjela (kompartmentalizacija) | Podjela unutrašnjeg prostora ćelije na nezavisne blokove (odjeljke) |
Energija | - Akumulacija i transformacija energije; - svjetlosne reakcije fotosinteze u hloroplastima; - Apsorpcija i sekrecija. |
Receptor (informativni) | Učestvuje u formiranju uzbuđenja i njegovom sprovođenju. |
Motor | Obavlja kretanje ćelije ili njenih pojedinačnih delova. |
Stanične membrane - molekularna struktura koja se sastoji od lipida i proteina. Njegova glavna svojstva i funkcije:
- odvajanje sadržaja bilo koje ćelije od vanjskog okruženja, osiguravajući njen integritet;
- kontrola i uspostavljanje razmene između sredine i ćelije;
- intracelularne membrane dijele ćeliju u posebne odjeljke: organele ili kompartmente.
Riječ "membrana" na latinskom znači "film". Ako govorimo o ćelijskoj membrani, onda je to kombinacija dva filma koja imaju različita svojstva.
Biološka membrana uključuje tri vrste proteina:
- Periferna – nalazi se na površini filma;
- Integralni – potpuno prodiru kroz membranu;
- Poluintegralni - jedan kraj prodire u bilipidni sloj.
Koje funkcije obavlja ćelijska membrana?
1. Ćelijski zid je izdržljiva ćelijska membrana koja se nalazi izvan citoplazmatske membrane. Obavlja zaštitnu, transportnu i strukturnu funkciju. Prisutan u mnogim biljkama, bakterijama, gljivama i arhejama.
2. Omogućava funkciju barijere, odnosno selektivan, regulisan, aktivan i pasivan metabolizam sa spoljnim okruženjem.
3. Sposoban za prijenos i pohranjivanje informacija, a također učestvuje u procesu reprodukcije.
4. Obavlja transportnu funkciju koja može transportovati supstance u i iz ćelije kroz membranu.
5. Ćelijska membrana ima jednosmjernu provodljivost. Zahvaljujući tome, molekuli vode mogu bez odlaganja proći kroz ćelijsku membranu, a molekuli drugih tvari prodiru selektivno.
6. Uz pomoć ćelijske membrane dobijaju se voda, kiseonik i hranljive materije, a preko nje se uklanjaju produkti ćelijskog metabolizma.
7. Obavlja ćelijski metabolizam kroz membrane, a može ih izvesti koristeći 3 glavne vrste reakcija: pinocitoza, fagocitoza, egzocitoza.
8. Membrana osigurava specifičnost međućelijskih kontakata.
9. Membrana sadrži brojne receptore koji su sposobni da percipiraju hemijske signale – medijatore, hormone i mnoge druge biološki aktivne supstance. Dakle, ima moć da promijeni metaboličku aktivnost ćelije.
10. Osnovna svojstva i funkcije ćelijske membrane:
- Matrix
- Barijera
- Transport
- Energija
- Mehanički
- Enzimski
- Receptor
- Zaštitni
- Označavanje
- Biopotencijal
Koju funkciju obavlja plazma membrana u ćeliji?
- Ograničava sadržaj ćelije;
- Obavlja ulazak tvari u ćeliju;
- Omogućava uklanjanje niza supstanci iz ćelije.
Struktura ćelijske membrane
Ćelijske membrane uključuju lipide 3 klase:
- Glikolipidi;
- Fosfolipidi;
- Holesterol.
U osnovi, ćelijska membrana se sastoji od proteina i lipida i ima debljinu ne veću od 11 nm. Od 40 do 90% svih lipida su fosfolipidi. Važno je napomenuti i glikolipide, koji su jedna od glavnih komponenti membrane.
Struktura ćelijske membrane je troslojna. U sredini se nalazi homogen tečni bilipidni sloj, a proteini ga prekrivaju s obje strane (kao mozaik), djelomično prodiru u debljinu. Proteini su takođe neophodni da bi membrana omogućila posebnim supstancama da ulaze i izlaze iz ćelija koje ne mogu da prodru u sloj masti. Na primjer, joni natrijuma i kalija.
- Ovo je zanimljivo -
Struktura ćelije - video