Membranernes hovedfunktioner. Hvilken funktion udfører cellemembranen - dens egenskaber og funktioner

Cellemembranen er den struktur, der dækker ydersiden af ​​cellen. Det kaldes også cytolemma eller plasmalemma.

Denne formation er bygget af et bilipidlag (dobbeltlag) med proteiner indbygget i det. Kulhydraterne, der udgør plasmalemmaet, er i en bundet tilstand.

Fordelingen af ​​hovedkomponenterne i plasmalemmaet er som følger: mere end halvdelen af ​​den kemiske sammensætning er proteiner, en fjerdedel er besat af fosfolipider, og en tiendedel er kolesterol.

Cellemembran og dens typer

Cellemembranen er en tynd film, hvis basis består af lag af lipoproteiner og proteiner.

Ifølge lokalisering skelnes membranorganeller, som har nogle funktioner i plante- og dyreceller:

• mitokondrier;
• kerne;
• endoplasmatisk retikulum;
• Golgi kompleks;
• lysosomer;
• kloroplaster (i planteceller).

Der er også en intern og ekstern (plasmolemma) cellemembran.

Struktur af cellemembranen

Cellemembranen indeholder kulhydrater, der dækker den i form af en glykokalyx. Dette er en supramembranstruktur, der udfører en barrierefunktion. Proteinerne placeret her er in fri stat. Ubundne proteiner deltager i enzymatiske reaktioner, hvilket giver ekstracellulær nedbrydning af stoffer.

Proteiner i den cytoplasmatiske membran er repræsenteret af glycoproteiner. Baseret på deres kemiske sammensætning klassificeres proteiner, der er fuldstændig inkluderet i lipidlaget (langs hele dets længde), som integrale proteiner. Også perifer, når ikke en af ​​overfladerne af plasmalemmaet.

Førstnævnte fungerer som receptorer, der binder til neurotransmittere, hormoner og andre stoffer. Insertionsproteiner er nødvendige for konstruktionen af ​​ionkanaler, hvorigennem transporten af ​​ioner og hydrofile substrater finder sted. Sidstnævnte er enzymer, der katalyserer intracellulære reaktioner.

Plasmamembranens grundlæggende egenskaber

Lipid-dobbeltlaget forhindrer indtrængning af vand. Lipider er hydrofobe forbindelser repræsenteret i cellen af ​​fosfolipider. Fosfatgruppen vender udad og består af to lag: det ydre, rettet mod det ekstracellulære miljø, og det indre, der afgrænser det intracellulære indhold.

Vandopløselige områder kaldes hydrofile hoveder. Fedtsyrestederne ledes ind i cellen i form af hydrofobe haler. Den hydrofobe del interagerer med tilstødende lipider, hvilket sikrer deres tilknytning til hinanden. Dobbeltlaget har selektiv permeabilitet i forskellige områder.

Så i midten er membranen uigennemtrængelig for glukose og urinstof, der passerer frit igennem her: kuldioxid, oxygen, alkohol. Kolesterol er vigtigt, indholdet af sidstnævnte bestemmer viskositeten af ​​plasmalemmaet.

Funktioner af den ydre cellemembran

Funktionernes karakteristika er kort listet i tabellen:

Membran funktion	Beskrivelse
Barriere rolle	Plasmalemmaet udfører en beskyttende funktion, der beskytter cellens indhold mod virkningerne af fremmede stoffer. Takket være den særlige organisering af proteiner, lipider, kulhydrater er semipermeabiliteten af ​​plasmalemmaet sikret.
Receptor funktion	Biologisk aktive stoffer aktiveres gennem cellemembranen i processen med binding til receptorer. Således medieres immunreaktioner gennem genkendelse af fremmede stoffer af cellereceptorapparatet lokaliseret på cellemembranen.
Transport funktion	Tilstedeværelsen af ​​porer i plasmalemmaet giver dig mulighed for at regulere strømmen af ​​stoffer ind i cellen. Overførselsprocessen foregår passivt (uden energiforbrug) for forbindelser med lav molekylær vægt. Aktiv transport er forbundet med forbruget af energi, der frigives under nedbrydningen af ​​adenosintrifosfat (ATP). Denne metode sker til overførsel af organiske forbindelser.
Deltagelse i fordøjelsesprocesser	Stoffer aflejres på cellemembranen (sorption). Receptorer binder til substratet og flytter det ind i cellen. Der dannes en boble, der ligger frit inde i cellen. Sammensmeltning danner sådanne vesikler lysosomer med hydrolytiske enzymer.
Enzymatisk funktion	Enzymer er væsentlige komponenter i intracellulær fordøjelse. Reaktioner, der kræver deltagelse af katalysatorer, forekommer med deltagelse af enzymer.

Hvad er betydningen af ​​cellemembranen

Cellemembranen er involveret i at opretholde homeostase på grund af den høje selektivitet af stoffer, der kommer ind og ud af cellen (i biologi kaldes dette selektiv permeabilitet).

Udvækster af plasmalemma deler cellen i rum (rum), der er ansvarlige for at udføre visse funktioner. Specifikt designede membraner svarende til væske-mosaikmønsteret sikrer cellens integritet.

Plasma membran , eller plasmalemma,- den mest permanente, grundlæggende, universelle membran til alle celler. Det er en tynd (ca. 10 nm) film, der dækker hele cellen. Plasmalemmaet består af proteinmolekyler og fosfolipider (fig. 1.6).

Fosfolipidmolekyler er arrangeret i to rækker - med hydrofobe ender indad, hydrofile hoveder mod det indre og ydre vandige miljø. Nogle steder er det dobbelte lag (dobbeltlag) af fosfolipider gennemtrængt af proteinmolekyler (integralproteiner). Inde i sådanne proteinmolekyler er der kanaler - porer, gennem hvilke vandopløselige stoffer passerer. Andet protein molekyler penetrere lipid-dobbeltlaget halvvejs på den ene eller den anden side (semi-integrale proteiner). Der er perifere proteiner på overfladen af ​​membranerne i eukaryote celler. Lipid- og proteinmolekyler holdes sammen på grund af hydrofile-hydrofobe interaktioner.

Egenskaber og funktioner af membraner. Alle cellemembraner er mobile væskestrukturer, da lipid- og proteinmolekyler ikke er indbyrdes forbundet kovalente bindinger og er i stand til at bevæge sig ret hurtigt i membranens plan. Takket være dette kan membraner ændre deres konfiguration, dvs. de har fluiditet.

Membraner er meget dynamiske strukturer. De kommer sig hurtigt efter skader og strækker sig og trækker sig sammen med cellulære bevægelser.

Membraner af forskellige typer af celler adskiller sig væsentligt både i kemisk sammensætning og i det relative indhold af proteiner, glycoproteiner, lipider i dem, og som følge heraf i arten af ​​de receptorer, de indeholder. Hver celletype er derfor karakteriseret ved en individualitet, som hovedsageligt bestemmes glykoproteiner. Forgrenede kæder af glykoproteiner, der rager ud fra celle membran, deltage i faktor anerkendelse ydre miljø, samt i gensidig anerkendelse af relaterede celler. For eksempel genkender et æg og en sæd hinanden af ​​celleoverfladeglykoproteiner, som passer sammen som separate elementer i en hel struktur. En sådan gensidig anerkendelse er et nødvendigt stadium forud for befrugtningen.

Et lignende fænomen observeres i processen med vævsdifferentiering. I dette tilfælde er celler, der ligner struktur, ved hjælp af genkendelsesområder af plasmalemmaet, korrekt orienteret i forhold til hinanden, hvorved deres adhæsion og vævsdannelse sikres. Forbundet med anerkendelse transportregulering molekyler og ioner gennem membranen, samt et immunologisk respons, hvor glykoproteiner spiller rollen som antigener. Sukker kan således fungere som informationsmolekyler (som proteiner og nukleinsyrer). Membranerne indeholder også specifikke receptorer, elektronbærere, energiomformere og enzymproteiner. Proteiner er involveret i at sikre transporten af ​​visse molekyler ind eller ud af cellen, giver en strukturel forbindelse mellem cytoskelettet og cellemembraner eller fungerer som receptorer til modtagelse og omdannelse af kemiske signaler fra miljø.

Membranens vigtigste egenskab er også selektiv permeabilitet. Det betyder, at molekyler og ioner passerer gennem det med forskellige hastigheder, og jo større størrelse molekylerne er, jo langsommere er hastigheden, hvormed de passerer gennem membranen. Denne egenskab definerer plasmamembranen som osmotisk barriere. Vand og gasser opløst i det har den maksimale gennemtrængende evne; Ioner passerer gennem membranen meget langsommere. Vandets diffusion gennem en membran kaldes ved osmose.

Der er flere mekanismer til at transportere stoffer over membranen.

Diffusion- penetration af stoffer gennem en membran langs en koncentrationsgradient (fra et område, hvor deres koncentration er højere til et område, hvor deres koncentration er lavere). Diffus transport af stoffer (vand, ioner) udføres med deltagelse af membranproteiner, som har molekylære porer, eller med deltagelse af lipidfasen (for fedtopløselige stoffer).

Med lettet diffusion specielle membrantransportproteiner binder sig selektivt til en eller anden ion eller molekyle og transporterer dem over membranen langs en koncentrationsgradient.

Aktiv transport involverer energiomkostninger og tjener til at transportere stoffer mod deres koncentrationsgradient. Han udføres af specielle bærerproteiner, der danner de såkaldte ion pumper. Den mest undersøgte er Na - / K - pumpen i dyreceller, som aktivt pumper Na + ioner ud, mens den absorberer K - ioner. På grund af dette opretholdes en højere koncentration af K - og en lavere koncentration af Na + i cellen sammenlignet med miljøet. Denne proces kræver ATP-energi.

Som følge af aktiv transport ved hjælp af en membranpumpe i cellen reguleres også koncentrationen af ​​Mg 2- og Ca 2+.

Under processen med aktiv transport af ioner ind i cellen trænger forskellige sukkerarter, nukleotider og aminosyrer gennem den cytoplasmatiske membran.

Protein makromolekyler, nukleinsyrer, polysaccharider, lipoproteinkomplekser osv. passerer ikke gennem cellemembraner, i modsætning til ioner og monomerer. Transport af makromolekyler, deres komplekser og partikler ind i cellen sker på en helt anden måde - gennem endocytose. På endocytose (endo...- indad) et bestemt område af plasmalemmaet fanger og omslutter så at sige ekstracellulært materiale og omslutter det i en membranvakuole, der opstår som følge af invagination af membranen. Efterfølgende forbindes en sådan vakuole med et lysosom, hvis enzymer nedbryder makromolekyler til monomerer.

Den omvendte proces af endocytose er eksocytose (ekso...- ud). Takket være det fjerner cellen intracellulære produkter eller ufordøjede rester indesluttet i vakuoler eller pu-

zyryki. Vesiklen nærmer sig den cytoplasmatiske membran, smelter sammen med den, og dens indhold frigives til miljøet. Sådan fjernes fordøjelsesenzymer, hormoner, hemicellulose osv.

Således tjener biologiske membraner, som de vigtigste strukturelle elementer i en celle, ikke kun som fysiske grænser, men er dynamiske funktionelle overflader. Adskillige biokemiske processer finder sted på organellers membraner, såsom aktiv absorption af stoffer, energiomdannelse, ATP-syntese mv.

Funktioner af biologiske membraner det følgende:

Adskil cellens indhold fra ydre miljø og indholdet af organeller fra cytoplasmaet.

De sikrer transport af stoffer ind og ud af cellen, fra cytoplasma til organeller og omvendt.

De fungerer som receptorer (modtager og omdanner kemikalier fra miljøet, genkender cellestoffer osv.).

De er katalysatorer (som sørger for kemiske processer nær membran).

Deltage i energiomsætning.

Membraner udfører et stort antal forskellige funktioner:

membraner bestemmer formen af ​​en organel eller celle;

barriere: styr udvekslingen opløselige stoffer(f.eks. Na+, K+, Cl-ioner) mellem de indre og ydre rum;

energi: ATP-syntese på mitokondriers indre membraner og fotosyntese i kloroplasternes membraner; danne en overflade for flow kemiske reaktioner(phosphorylering på mitokondriemembraner);

er en struktur, der sikrer genkendelse af kemiske signaler (hormon- og neurotransmitterreceptorer er placeret på membranen);

spiller en rolle i intercellulær interaktion og fremmer cellebevægelse.

Transport gennem membranen. Membranen har selektiv permeabilitet for opløselige stoffer, hvilket er nødvendigt for:

adskillelse af cellen fra det ekstracellulære miljø;

sikring af penetration ind i cellen og tilbageholdelse af nødvendige molekyler (såsom lipider, glucose og aminosyrer), samt fjernelse af metaboliske produkter (inklusive unødvendige) fra cellen;

opretholdelse af en transmembran iongradient.

Intracellulære organeller kan også have en selektivt permeabel membran. For eksempel i lysosomer opretholder membranen en koncentration af hydrogenioner (H+) 1000-10000 gange højere end i cytosolen.

Transport over membranen kan være passiv, lettet eller aktiv.

Passiv transport- dette er bevægelsen af ​​molekyler eller ioner langs en koncentration eller elektrokemisk gradient. Dette kan være simpel diffusion, som i tilfælde af penetrering af gasser (for eksempel O 2 og CO 2) eller simple molekyler (ethanol) gennem plasmamembranen. Ved simpel diffusion opløses små molekyler opløst i den ekstracellulære væske successivt i membranen og derefter i den intracellulære væske. Denne proces er uspecifik, og penetrationshastigheden gennem membranen bestemmes af molekylets grad af hydrofobicitet, det vil sige dets fedtopløselighed. Diffusionshastigheden gennem lipiddobbeltlaget er direkte proportional med hydrofobicitet såvel som med den transmembrane koncentrationsgradient eller den elektrokemiske gradient.

Faciliteret diffusion er den hurtige bevægelse af molekyler over en membran af specifikke membranproteiner kaldet permeaser. Denne proces er specifik, den forløber hurtigere end simpel diffusion, men har en transporthastighedsbegrænsning.

Lettet diffusion er normalt karakteristisk for vandopløselige stoffer. De fleste (hvis ikke alle) membrantransportører er proteiner. Den specifikke mekanisme for transportørfunktion under faciliteret diffusion er ikke blevet tilstrækkeligt undersøgt. De kan fx formidle transport ved rotationsbevægelse i membranen. I På det sidste Der er fremkommet oplysninger om, at bærerproteiner ved kontakt med det transporterede stof ændrer deres konformation, hvilket resulterer i, at en slags "port" eller kanal åbner i membranen. Disse ændringer sker på grund af den energi, der frigives, når det transporterede stof binder sig til proteinet. Relæ-type overførsler er også mulige. I dette tilfælde forbliver bæreren selv ubevægelig, og ionerne migrerer langs den fra en hydrofil binding til en anden.

Antibiotikummet gramicidin kan tjene som model for denne type vektor. I membranens lipidlag tager dets lange lineære molekyle form af en helix og danner en hydrofil kanal, hvorigennem K-ionen kan migrere langs en gradient.

Der er opnået eksperimentel dokumentation for eksistensen af ​​naturlige kanaler i biologiske membraner. Transportproteiner er meget specifikke for det stof, der transporteres gennem membranen, og ligner enzymer i mange egenskaber. De udviser større følsomhed over for pH, inhiberes kompetitivt af forbindelser, der i struktur ligner det transporterede stof, og ikke-konkurrerende af midler, der ændrer specifikt funktionelle grupper af proteiner.

Faciliteret diffusion adskiller sig fra almindelig diffusion ikke kun i hastighed, men også i dens evne til at mætte. Stigningen i overførselshastigheden af ​​stoffer sker kun i forhold til stigningen i koncentrationsgradienten op til visse grænser. Sidstnævnte bestemmes af transportørens "kraft".

Aktiv transport er bevægelsen af ​​ioner eller molekyler over en membran mod en koncentrationsgradient på grund af energien fra ATP-hydrolyse. Der er tre hovedtyper af aktiv iontransport:

natrium-kalium pumpe - Na + /K + -adenosin triphosphatase (ATPase), som transporterer Na + ud og K + ind;

calcium (Ca 2+) pumpe - Ca 2+ -ATPase, som transporterer Ca 2+ fra cellen eller cytosolen til det sarkoplasmatiske reticulum;

protonpumpe - H + -ATPase. Iongradienterne skabt af aktiv transport kan bruges til aktiv transport af andre molekyler, såsom nogle aminosyrer og sukkerarter (sekundær aktiv transport).

Samtransport er transport af en ion eller et molekyle koblet med overførsel af en anden ion. Simport- samtidig overførsel af begge molekyler i én retning; antiport- samtidig overførsel af begge molekyler til modsatte retninger. Hvis transport ikke er forbundet med overførsel af en anden ion, kaldes denne proces uniport. Cotransport er mulig både under faciliteret diffusion og under aktiv transport.

Glukose kan transporteres ved faciliteret diffusion ved hjælp af symport-typen. Cl - og HCO 3 - ioner transporteres over den røde blodcellemembran ved lettet diffusion af en bærer kaldet bånd 3, en antiport-type. I dette tilfælde overføres Cl - og HCO 3 - i modsatte retninger, og overførselsretningen bestemmes af den fremherskende koncentrationsgradient.

Aktiv transport af ioner mod en koncentrationsgradient kræver energi frigivet under hydrolysen af ​​ATP til ADP: ATP ADP + P (uorganisk fosfat). Aktiv transport, såvel som lettet diffusion, er karakteriseret ved: specificitet, begrænsning af den maksimale hastighed (det vil sige den kinetiske kurve når et plateau) og tilstedeværelsen af ​​inhibitorer. Et eksempel er den primære aktive transport udført af Na + /K + - ATPase. For at dette enzym-antiportsystem fungerer, er tilstedeværelsen af ​​Na +, K + og magnesiumioner nødvendig. Det er til stede i stort set alle dyreceller, og dets koncentration er især høj i exciterbart væv (f.eks. nerver og muskler) og i celler, der modtager Aktiv deltagelse i bevægelse udført af Na + over plasmamembranen (for eksempel i nyrebarken og spytkirtlerne).

ATPase-enzymet i sig selv er en oligomer bestående af 2 -underenheder på 110 kDa og 2 glycoprotein-underenheder på hver 55 kDa. Under hydrolysen af ​​ATP sker der reversibel phosphorylering af en bestemt aspartatrest på -underenheden med dannelsen af ​​-aspartamyl fosfat.. Fosforylering kræver Na+ og Mg 2+, men ikke K+, hvorimod dephosphorylering kræver K+, men ikke Na+ eller Mg 2+. Der er beskrevet to konformationelle tilstande af proteinkomplekset med forskellige energiniveauer, som normalt betegnes E 1 og E 2, derfor kaldes ATPase også type E vektor 1 - E 2 . Hjerteglykosider, f.eks. digoxin Og ouabain, hæmmer ATPase-aktivitet, på grund af dets fremragende opløselighed i vand, bruges i vid udstrækning i eksperimentelle undersøgelser til at studere natriumpumpen.

Den generelt accepterede idé om, hvordan Na + /K + - ATPase virker, er som følger. Na- og ATP-ioner slutter sig til ATPase-molekylet i nærvær af Mg 2+. Bindingen af ​​Na-ioner udløser hydrolysereaktionen af ​​ATP, hvilket resulterer i dannelsen af ​​ADP og den phosphorylerede form af enzymet. Fosforylering inducerer en overgang af det enzymatiske protein til en ny konformationstilstand, og den eller de Na-bærende regioner bliver udsat for det ydre miljø. Her udskiftes Na + med K +, da enzymets fosforylerede form er karakteriseret ved en høj affinitet for K-ioner. Enzymets omvendte overgang til dets oprindelige konformation initieres af den hydrolytiske eliminering af fosforylgruppen i formen. af uorganisk fosfat og er ledsaget af frigivelsen af ​​K+ til cellens indre rum. Det dephosphorylerede aktive sted af enzymet er i stand til at vedhæfte et nyt ATP-molekyle, og cyklussen gentages.

Mængderne af K- og Na-ioner, der kommer ind i cellen som følge af pumpen, er ikke lige store. For tre fjernede Na-ioner er der to indførte K-ioner med samtidig hydrolyse af et ATP-molekyle. Åbningen og lukningen af ​​kanalen på modsatte sider af membranen og den skiftende ændring i effektiviteten af ​​Na- og K-binding er tilvejebragt af energien fra ATP-hydrolyse. De transporterede ioner - Na og K - er cofaktorer for denne enzymatiske reaktion. Teoretisk set er det muligt at forestille sig en række forskellige pumper, der fungerer efter dette princip, selvom kun nogle få af dem er kendte i øjeblikket.

Glukose transport. Glucosetransport kan forekomme efter type af enten faciliteret diffusion eller aktiv transport, og i det første tilfælde fortsætter den som uniport, i det andet - som symport. Glucose kan transporteres ind i røde blodlegemer ved lettere diffusion. Michaelis-konstanten (Km) for transporten af ​​glukose til røde blodlegemer er ca. 1,5 mmol/L (det vil sige, ved denne glukosekoncentration vil ca. 50 % af de tilgængelige permeasemolekyler være bundet til glukosemolekyler). Da koncentrationen af ​​glucose i humant blod er 4-6 mmol/l, sker dets absorption af røde blodlegemer næsten øjeblikkeligt maksimal hastighed. Permeasens specificitet er allerede manifesteret i det faktum, at L-isomeren næsten ikke transporteres ind i erytrocytter, i modsætning til D-galactose og D-mannose, men der kræves højere koncentrationer for at opnå halvmætning af transportsystemet. Når glucose først er inde i cellen, bliver den fosforyleret og er ikke længere i stand til at forlade cellen. Glucosepermease kaldes også D-hexosepermease. Det er et integreret membranprotein med en molekylvægt på 45 kDa.

Glukose kan også transporteres med Na+ -afhængigt system symport fundet i plasmamembranerne i en række væv, herunder nyretubuli og tarmepitel. I dette tilfælde transporteres et glukosemolekyle ved faciliteret diffusion mod koncentrationsgradienten, og en Na-ion transporteres langs koncentrationsgradienten. Hele systemet fungerer i sidste ende gennem pumpefunktionen af ​​Na + /K + - ATPase. Symport er således et sekundært aktivt transportsystem. Aminosyrer transporteres på lignende måde.

Ca 2+ pumpe er et aktivt transportsystem af E 1 - E 2 typen, bestående af et integreret membranprotein, som under overførslen af ​​Ca 2+ phosphoryleres ved aspartatresten. Under hydrolysen af ​​hvert ATP-molekyle overføres to Ca 2+ ioner. I eukaryote celler kan Ca 2+ binde sig til et calciumbindende protein kaldet calmodulin og hele komplekset binder til Ca2+-pumpen. Ca2+-bindende proteiner inkluderer også troponin C og parvalbumin.

Ca-ioner, ligesom Na-ioner, fjernes aktivt fra celler ved Ca 2+ -ATPase. Membranerne i det endoplasmatiske retikulum indeholder særligt store mængder calciumpumpeprotein. Kæden af ​​kemiske reaktioner, der fører til ATP-hydrolyse og Ca2+-overførsel, kan skrives i form af følgende ligninger:

2Ca n + ATP + E1 Ca2 - E - P + ADP

Ca 2 - E - P 2Ca ext + PO 4 3- + E 2

Hvor er San - Ca2+ placeret udenfor;

Ca ext - Ca 2+ placeret inde;

E 1 og E 2 er forskellige konformationer af transporterenzymet, hvis overgang fra den ene til den anden er forbundet med brugen af ​​ATP-energi.

Systemet til aktiv fjernelse af H+ fra cytoplasmaet understøttes af to typer reaktioner: aktiviteten af ​​elektrontransportkæden (redoxkæde) og ATP-hydrolyse. Både redox- og hydrolytiske H+-pumper er placeret i membraner, der er i stand til at omdanne lys eller kemisk energi til H+-energi (det vil sige plasmamembranerne af prokaryoter, de konjugerende membraner af kloroplaster og mitokondrier). Som et resultat af arbejdet med H + ATPase og/eller redoxkæden translokeres protoner, og en protonmotorkraft (H +) vises på membranen. Den elektrokemiske gradient af hydrogenioner, som undersøgelser viser, kan bruges til koblet transport (sekundær aktiv transport) stort antal metabolitter - anioner, aminosyrer, sukkerarter mv.

Forbundet med aktiviteten af ​​plasmamembranen er dem, der sikrer cellens absorption af faste og flydende stoffer med en stor molekylvægt, - fagocytose Og pinocytose(fra Gerch. phagos- Der er , pinos- drikke, cytos- celle). Cellemembranen danner lommer, eller invaginationer, der trækker stoffer ind udefra. Derefter løsnes sådanne invaginationer og omgiver en dråbe af det ydre miljø (pinocytose) eller faste partikler (fagocytose) med en membran. Pinocytose observeres i en lang række celler, især i de organer, hvor absorptionsprocesser forekommer.

Ydersiden af ​​buret er dækket plasma membran(eller ydre cellemembran) omkring 6-10 nm tyk.

Cellemembranen er en tæt film af proteiner og lipider (hovedsageligt fosfolipider). Lipidmolekyler er arrangeret på en velordnet måde - vinkelret på overfladen, i to lag, så deres dele, der interagerer intensivt med vand (hydrofile), er rettet udad, og deres dele, der er inerte over for vand (hydrofob) er rettet indad.

Proteinmolekyler er placeret i et ikke-kontinuerligt lag på overfladen af ​​lipidstrukturen på begge sider. Nogle af dem er nedsænket i lipidlaget, og nogle passerer gennem det og danner områder, der er permeable for vand. Disse proteiner udfører forskellige funktioner - nogle af dem er enzymer, andre er transportproteiner involveret i overførslen af ​​visse stoffer fra miljøet til cytoplasmaet og i den modsatte retning.

Cellemembranens grundlæggende funktioner

En af de vigtigste egenskaber ved biologiske membraner er selektiv permeabilitet (semi-permeabilitet)- nogle stoffer passerer vanskeligt igennem dem, andre let og endda mod højere koncentrationer. For de fleste celler er koncentrationen af ​​Na-ioner således væsentlig lavere end i miljøet. Det modsatte forhold er typisk for K-ioner: deres koncentration inde i cellen er højere end udenfor. Derfor har Na-ioner altid en tendens til at trænge ind i cellen, og K-ioner har altid en tendens til at forlade cellen. Udligningen af ​​koncentrationerne af disse ioner forhindres af tilstedeværelsen i membranen af ​​et specielt system, der spiller rollen som en pumpe, som pumper Na-ioner ud af cellen og samtidig pumper K-ioner ind.

Na-ioners tendens til at bevæge sig udefra og ind bruges til at transportere sukker og aminosyrer ind i cellen. Med den aktive fjernelse af Na-ioner fra cellen skabes betingelser for, at glucose og aminosyrer trænger ind i den.

I mange celler optages stoffer også ved fagocytose og pinocytose. På fagocytose den fleksible ydre membran danner en lille fordybning, hvori den fangede partikel falder. Denne fordybning øges, og omgivet af et afsnit af den ydre membran nedsænkes partiklen i cellens cytoplasma. Fænomenet fagocytose er karakteristisk for amøber og nogle andre protozoer samt leukocytter (fagocytter). Celler absorberer væsker, der indeholder stoffer, der er nødvendige for cellen på lignende måde. Dette fænomen blev kaldt pinocytose.

De ydre membraner af forskellige celler adskiller sig væsentligt både i den kemiske sammensætning af deres proteiner og lipider og i deres relative indhold. Det er disse funktioner, der bestemmer mangfoldigheden i den fysiologiske aktivitet af membranerne i forskellige celler og deres rolle i cellers og vævs liv.

Forbundet med den ydre membran endoplasmatisk retikulum celler. Ved hjælp af ydre membraner udføres de Forskellige typer intercellulære kontakter, dvs. kommunikation mellem de enkelte celler.

Mange typer celler er kendetegnet ved tilstedeværelsen på deres overflade stor mængde fremspring, folder, mikrovilli. De bidrager til både en betydelig stigning i celleoverfladeareal og forbedret stofskifte, samt stærkere forbindelser af individuelle celler med hinanden.

Planteceller har tykke membraner på ydersiden af ​​cellemembranen, tydeligt synlige under et optisk mikroskop, bestående af fiber (cellulose). De giver en stærk støtte plantevæv(træ).

Nogle dyreceller har også en række eksterne strukturer, placeret på toppen af ​​cellemembranen og har en beskyttende natur. Et eksempel er kitin fra insektintegumentære celler.

Funktioner af cellemembranen (kortvarigt)

Fungere	Beskrivelse
Beskyttende barriere	Adskiller indre celleorganeller fra det ydre miljø
Regulatorisk	Regulerer stofskiftet mellem cellens indre indhold og det ydre miljø
Afgrænsning (opdeling)	Opdeling af cellens indre rum i uafhængige blokke (rum)
Energi	- Energiakkumulering og omdannelse; - lette reaktioner af fotosyntese i kloroplaster; - Absorption og sekretion.
Receptor (information)	Deltager i dannelsen af ​​ophidselse og dens adfærd.
Motor	Udfører bevægelsen af ​​cellen eller dens individuelle dele.

Blandt Cellemembranens hovedfunktioner kan skelnes: barriere, transport, enzymatisk og receptor. Den cellulære (biologiske) membran (også kendt som plasmalemma, plasma eller cytoplasmatisk membran) beskytter indholdet af cellen eller dens organeller mod miljøet, giver selektiv permeabilitet for stoffer, enzymer er placeret på den, såvel som molekyler, der kan "fange ” forskellige kemiske og fysiske signaler.

Denne funktionalitet sikres af cellemembranens særlige struktur.

I livets udvikling på Jorden kunne en celle generelt kun dannes efter fremkomsten af ​​en membran, som adskilte og stabiliserede det indre indhold og forhindrede dem i at gå i opløsning.

Med hensyn til at opretholde homeostase (selvregulering af relativ konstanthed indre miljø) cellemembranens barrierefunktion er tæt forbundet med transport.

Små molekyler er i stand til at passere gennem plasmalemmaet uden nogen "hjælpere", langs en koncentrationsgradient, det vil sige fra et område med en høj koncentration af et givet stof til et område med en lav koncentration. Dette er for eksempel tilfældet for gasser involveret i respiration. Ilt og carbondioxid diffunderer gennem cellemembranen i den retning, hvor deres koncentration er i dette øjeblik mindre.

Da membranen for det meste er hydrofob (på grund af lipid-dobbeltlaget), kan polære (hydrofile) molekyler, selv små, ofte ikke trænge igennem den. Derfor fungerer en række membranproteiner som bærere af sådanne molekyler, binder til dem og transporterer dem gennem plasmalemmaet.

Integrale (membrangennemtrængende) proteiner fungerer ofte efter princippet om at åbne og lukke kanaler. Når et molekyle nærmer sig et sådant protein, kombineres det med det, og kanalen åbner sig. Dette eller et andet stof passerer gennem proteinkanalen, hvorefter dets konformation ændres, og kanalen lukker til dette stof, men kan åbne sig for at tillade passage af et andet. Natrium-kalium-pumpen arbejder efter dette princip, pumper kaliumioner ind i cellen og pumper natriumioner ud af den.

Enzymatisk funktion af cellemembranen V i højere grad implementeret på membranerne af celleorganeller. De fleste proteiner syntetiseret i cellen udfører en enzymatisk funktion. “Sidder” på membranen i i en bestemt rækkefølge, organiserer de et transportbånd, efterhånden som produktet af en reaktion katalyseret af et enzymprotein går videre til det næste. Denne "transportør" stabiliseres af overfladeproteiner i plasmalemmaet.

På trods af universaliteten af ​​strukturen af ​​alle biologiske membraner (de er bygget efter et enkelt princip, næsten identiske i alle organismer og i forskellige membrancellestrukturer), de kemisk sammensætning kan stadig afvige. Der er mere flydende og mere faste, nogle har flere af visse proteiner, andre har mindre. Derudover adskiller de sig forskellige sider(indvendig og udvendig) af den samme membran.

Membranen, der omgiver cellen (cytoplasmatisk) på ydersiden, har mange kulhydratkæder knyttet til lipider eller proteiner (hvilket resulterer i dannelsen af ​​glykolipider og glykoproteiner). Mange af disse kulhydrater tjener receptor funktion, der er modtagelig for visse hormoner, detekterer ændringer i fysiske og kemiske indikatorer i miljøet.

Hvis for eksempel et hormon forbindes med dets cellulære receptor, så ændrer kulhydratdelen af ​​receptormolekylet sin struktur, efterfulgt af en ændring i strukturen af ​​den tilhørende proteindel, der trænger ind i membranen. På næste trin startes eller suspenderes forskellige biokemiske reaktioner i cellen, dvs. dens stofskifte ændres, og den cellulære reaktion på "stimulus" begynder.

Ud over cellemembranens anførte fire funktioner skelnes der også andre: matrix, energi, mærkning, dannelse af intercellulære kontakter osv. De kan dog betragtes som "underfunktioner" af de allerede overvejede.