Cellemembranstruktur og funktionstabel kort. Cellemembran: struktur og funktioner

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 (integrerede proteiner). Inde i sådanne proteinmolekyler er der kanaler - porer, gennem hvilke vandopløselige stoffer passerer. Andre 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 glycoproteiner, der rager ud fra cellemembranen, er involveret i faktor anerkendelse ydre miljø, samt i gensidig anerkendelse af relaterede celler. For eksempel genkender et æg og en sæd hinanden ved celleoverfladeglykoproteiner, der 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, energikonvertere 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. Diffusion af vand 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 de 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.

Makromolekyler af proteiner, 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 exocytose (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 følgende:

De afgrænser cellens indhold fra det ydre miljø og indholdet af organeller fra cytoplasmaet.

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

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.

Biologiske membraner- almindeligt navn funktionelt aktive overfladestrukturer, der afgrænser celler (cellulære eller plasmamembraner) og intracellulære organeller (membraner af mitokondrier, kerner, lysosomer, endoplasmatisk retikulum osv.). De indeholder lipider, proteiner, heterogene molekyler (glykoproteiner, glycolipider) og, afhængigt af den udførte funktion, adskillige mindre komponenter: coenzymer, nukleinsyrer, antioxidanter, carotenoider, uorganiske ioner osv.

Den koordinerede funktion af membransystemer - receptorer, enzymer, transportmekanismer - hjælper med at opretholde cellehomeostase og reagerer samtidig hurtigt på ændringer i det ydre miljø.

TIL biologiske membraners grundlæggende funktioner kan tilskrives:

· adskillelse af cellen fra miljøet og dannelse af intracellulære rum (kompartmenter);

· kontrol og regulering af transporten af ​​en lang række stoffer gennem membraner;

· deltagelse i at sikre intercellulære interaktioner, transmission af signaler ind i cellen;

energiomdannelse af fødevarer organisk stof til energi kemiske bindinger ATP molekyler.

Den molekylære organisation af plasma (cellulær) membranen er omtrent den samme i alle celler: den består af to lag af lipidmolekyler med mange specifikke proteiner inkluderet i det. Nogle membranproteiner har enzymatisk aktivitet, mens andre binder næringsstoffer fra miljøet og transporterer dem ind i cellen over membraner. Membranproteiner er kendetegnet ved arten af ​​deres forbindelse med membranstrukturer. Nogle proteiner kaldes ekstern eller perifer , er løst bundet til overfladen af ​​membranen, andre, kaldet intern eller integral , nedsænket inde i membranen. Perifere proteiner ekstraheres let, mens integrale proteiner kun kan isoleres ved hjælp af rengøringsmidler eller organiske opløsningsmidler. I fig. Figur 4 viser strukturen af ​​plasmamembranen.

De ydre, eller plasma, membraner af mange celler, såvel som membranerne af intracellulære organeller, for eksempel mitokondrier, kloroplaster, blev isoleret i fri form, og deres molekylære sammensætning blev undersøgt. Alle membraner indeholder polære lipider i mængder fra 20 til 80 % af deres masse, afhængigt af membrantypen, resten er hovedsageligt proteiner. Således er mængden af ​​proteiner og lipider i dyrecellers plasmamembraner som regel omtrent den samme; den indre mitokondriemembran indeholder omkring 80 % proteiner og kun 20 % lipider, og hjernecellernes myelinmembraner indeholder tværtimod omkring 80 % lipider og kun 20 % proteiner.

Ris. 4. Plasmamembranens struktur

Lipiddelen af ​​membranen er en blanding forskellige slags polære lipider. Polære lipider, som omfatter phosphoglycerolipider, sphingolipider og glycolipider, lagres ikke i fedtceller, men er integreret i cellemembraner og i strengt definerede proportioner.

Alle polære lipider i membraner fornyes konstant under stofskiftet, med normale forhold der etableres en dynamisk stationær tilstand i cellen, hvor hastigheden af ​​lipidsyntese er lig med hastigheden af ​​deres henfald.

Dyrecellers membraner indeholder hovedsageligt phosphoglycerolipider og i mindre grad sphingolipider; triacylglyceroler findes kun i spormængder. Nogle membraner af dyreceller, især den ydre plasmamembran, indeholder betydelige mængder kolesterol og dets estere (fig. 5).

Fig.5. Membranlipider

I øjeblikket er den generelt accepterede model for membranstruktur den flydende mosaikmodel, foreslået i 1972 af S. Singer og J. Nicholson.

Ifølge den kan proteiner sammenlignes med isbjerge, der flyder i et lipidhav. Som nævnt ovenfor er der 2 typer membranproteiner: integrale og perifere. Integrale proteiner trænger gennem membranen amfipatiske molekyler. Perifere proteiner trænger ikke ind i membranen og er mindre tæt bundet til den. Den vigtigste kontinuerlige del af membranen, det vil sige dens matrix, er det polære lipid-dobbeltlag. Ved normale celletemperaturer er matrixen i flydende tilstand, hvilket sikres af et vist forhold mellem mættede og umættede fedtsyrer i de hydrofobe haler af polære lipider.

Den flydende mosaikmodel antager også, at der på overfladen af ​​integrerede proteiner placeret i membranen er R-grupper af aminosyrerester (hovedsageligt hydrofobe grupper, på grund af hvilke proteinerne synes at "opløses" i den centrale hydrofobe del af dobbeltlaget) . Samtidig er der på overfladen af ​​perifere eller eksterne proteiner hovedsageligt hydrofile R-grupper, som tiltrækkes af de hydrofilt ladede polære hoveder af lipider på grund af elektrostatiske kræfter. Integrale proteiner, som omfatter enzymer og transportproteiner, er kun aktive, hvis de er placeret inde i den hydrofobe del af dobbeltlaget, hvor de opnår den rumlige konfiguration, der er nødvendig for manifestationen af ​​aktivitet (fig. 6). Det skal endnu en gang understreges, at der hverken dannes kovalente bindinger mellem molekylerne i dobbeltlaget eller mellem proteinerne og lipiderne i dobbeltlaget.

Fig.6. Membranproteiner

Membranproteiner kan bevæge sig frit i det laterale plan. Perifere proteiner flyder bogstaveligt talt på overfladen af ​​dobbeltlags "havet", mens integrerede proteiner, ligesom isbjerge, er næsten helt nedsænket i kulbrintelaget.

For det meste er membraner asymmetriske, det vil sige, at de har ulige sider. Denne asymmetri kommer til udtryk i følgende:

· for det første, at de indre og ydre sider af plasmamembranerne i bakterie- og dyreceller er forskellige i sammensætningen af ​​polære lipider. For eksempel indeholder det indre lipidlag af humane erytrocytmembraner hovedsageligt phosphatidylethanolamin og phosphatidylserin, og det ydre lag indeholder phosphatidylcholin og sphingomyelin.

For det andet virker nogle transportsystemer i membraner kun i én retning. For eksempel er der i erytrocytternes membraner et transportsystem ("pumpe"), der pumper Na + -ioner fra cellen ud i miljøet, og K + -ioner ind i cellen på grund af den energi, der frigives under hydrolysen af ​​ATP.

For det tredje indeholder den ydre overflade af plasmamembraner meget stort antal oligosaccharidgrupper, som er glycolipidhoveder og oligosaccharidsidekæder af glycoproteiner, mens der praktisk talt ikke er nogen oligosaccharidgrupper på plasmamembranens indre overflade.

Asymmetrien af ​​biologiske membraner opretholdes på grund af det faktum, at overførslen af ​​individuelle fosfolipidmolekyler fra den ene side af lipiddobbeltlaget til den anden er meget vanskelig af energimæssige årsager. Et polært lipidmolekyle er i stand til at bevæge sig frit på sin side af dobbeltlaget, men er begrænset i sin evne til at hoppe til den anden side.

Lipidmobilitet afhænger af det relative indhold og typen af ​​tilstedeværende umættede fedtsyrer. Kulbrintekarakteren af ​​fedtsyrekæderne bibringer membranegenskaberne fluiditet og mobilitet. Ved tilstedeværelse af cis-umættede fedtsyrer er kohæsionskræfterne mellem kæderne svagere end i tilfælde af mættede fedtsyrer alene, og lipider forbliver meget mobile selv ved lave temperaturer.

På ydersiden af ​​membranerne er der specifikke genkendelsesregioner, hvis funktion er at genkende bestemte molekylære signaler. For eksempel er det gennem membranen, at nogle bakterier opfatter små ændringer i koncentrationen af ​​et næringsstof, hvilket stimulerer deres bevægelse mod fødekilden; kaldes dette fænomen kemotaksi.

Membranerne i forskellige celler og intracellulære organeller har en vis specificitet på grund af deres struktur, kemiske sammensætning og funktioner. Følgende hovedgrupper af membraner i eukaryote organismer skelnes:

plasmamembran (ydre cellemembran, plasmalemma),

· nuklear membran,

endoplasmatisk retikulum,

membraner i Golgi-apparatet, mitokondrier, kloroplaster, myelinskeder,

excitable membraner.

I prokaryote organismer er der udover plasmamembranen intracytoplasmatiske membranformationer i heterotrofe prokaryoter, de kaldes mesosomer. Sidstnævnte dannes ved invagination af den ydre cellemembran og bevarer i nogle tilfælde kontakt med denne.

Røde blodlegemer membran består af proteiner (50%), lipider (40%) og kulhydrater (10%). Hovedparten af ​​kulhydrater (93%) er forbundet med proteiner, resten med lipider. I membranen er lipider arrangeret asymmetrisk i modsætning til det symmetriske arrangement i miceller. For eksempel findes cephalin overvejende i det indre lipidlag. Denne asymmetri opretholdes tilsyneladende på grund af den tværgående bevægelse af phospholipider i membranen, udført ved hjælp af membranproteiner og på grund af metabolisk energi. Det indre lag af erytrocytmembranen indeholder hovedsageligt sphingomyelin, phosphatidylethanolamin, phosphatidylserin, og det ydre lag indeholder phosphatidylcholin. Den røde blodlegememembran indeholder et integreret glykoprotein glycophorin, bestående af 131 aminosyrerester og penetrerende membranen, og det såkaldte band 3-protein, bestående af 900 aminosyrerester. Kulhydratkomponenterne i glycophorin udfører en receptorfunktion for influenzavirus, phytohæmagglutininer og en række hormoner. Et andet integreret protein blev fundet i erytrocytmembranen, som indeholdt få kulhydrater og trænger ind i membranen. De ringer til ham tunnel protein(komponent a), da det menes at danne en kanal for anioner. Et perifert protein forbundet med den indvendige side af erytrocytmembranen er spektrin.

Myelin membraner , der omgiver neuronernes axoner, er flerlagede, de indeholder stort antal lipider (ca. 80%, halvdelen af ​​dem er fosfolipider). Proteinerne i disse membraner er vigtige for at fiksere membransalte, der ligger oven på hinanden.

Kloroplastmembraner. Kloroplaster er dækket af en to-lags membran. Den ydre membran har nogle ligheder med mitokondrier. Ud over denne overflademembran har kloroplaster et indre membransystem - lameller. Lamellerne danner enten fladtrykte vesikler - thylakoider, som, placeret over hinanden, samles i pakker (granas) eller danner et stromalt membransystem (stromalameller). Lamellerne af grana og stroma på ydersiden af ​​thylakoidmembranen er koncentrerede hydrofile grupper, galacto- og sulfolipider. Phytoldelen af ​​klorofylmolekylet er nedsænket i kuglen og er i kontakt med de hydrofobe grupper af proteiner og lipider. Porphyrinkernerne af klorofyl er hovedsageligt lokaliseret mellem de kontaktende membraner af grana thylakoiderne.

Indre (cytoplasmatisk) membran af bakterier dens struktur ligner de indre membraner af kloroplaster og mitokondrier. Enzymer i åndedrætskæden og aktiv transport er lokaliseret i den; enzymer involveret i dannelsen af ​​membrankomponenter. Den overvejende komponent i bakteriemembraner er proteiner: protein/lipid-forholdet (efter vægt) er 3:1. Den ydre membran af gram-negative bakterier, sammenlignet med den cytoplasmatiske membran, indeholder en mindre mængde af forskellige fosfolipider og proteiner. Begge membraner adskiller sig i lipidsammensætning. Den ydre membran indeholder proteiner, der danner porer til gennemtrængning af mange lavmolekylære stoffer. En karakteristisk komponent i den ydre membran er også et specifikt lipopolysaccharid. En række ydre membranproteiner tjener som receptorer for fager.

Virus membran. Blandt vira er membranstrukturer karakteristiske for dem, der indeholder et nukleokapsid, som består af protein og nukleinsyre. Denne "kerne" af vira er omgivet af en membran (kappe). Det består også af et lipid-dobbeltlag med indlejrede glykoproteiner, der hovedsageligt er placeret på overfladen af ​​membranen. I en række vira (mikrovirus) er 70-80% af alle proteiner indeholdt i membranerne, de resterende proteiner er indeholdt i nukleokapsiden.

Således er cellemembraner meget komplekse strukturer; deres konstituerende molekylære komplekser danner en ordnet todimensionel mosaik, som giver biologisk specificitet til membranoverfladen.

Cellemembran

Billede af en cellemembran. De små blå og hvide kugler svarer til fosfolipidernes hydrofobe hoveder, og stregerne knyttet til dem svarer til de hydrofile haler. Figuren viser kun integrale membranproteiner (røde kugler og gule helixer). Gule ovale prikker inde i membranen - kolesterolmolekyler Gul-grønne kæder af perler på ydersiden af ​​membranen - kæder af oligosaccharider, der danner glycocalyx

En biologisk membran omfatter også forskellige proteiner: integral (penetrerer membranen igennem), semi-integral (nedsænket i den ene ende i det ydre eller indre lipidlag), overflade (placeret på den ydre eller støder op til de indvendige sider af membranen). Nogle proteiner er kontaktpunkterne mellem cellemembranen og cytoskelettet inde i cellen og cellevæggen (hvis der er en) udenfor. Nogle af de integrerede proteiner fungerer som ionkanaler, forskellige transportører og receptorer.

Funktioner

• barriere - sikrer reguleret, selektiv, passiv og aktiv metabolisme med omgivelserne. For eksempel beskytter peroxisommembranen cytoplasmaet mod peroxider, der er farlige for cellen. Selektiv permeabilitet betyder, at membranens permeabilitet for forskellige atomer eller molekyler afhænger af deres størrelse, elektriske ladning og kemiske egenskaber. Selektiv permeabilitet sikrer, at celle- og cellulære rum er adskilt fra miljøet og forsynet med de nødvendige stoffer.
• transport - transport af stoffer ind og ud af cellen sker gennem membranen. Transport gennem membraner sikrer: tilførsel af næringsstoffer, fjernelse af metaboliske slutprodukter, sekretion af forskellige stoffer, skabelse af iongradienter, opretholdelse af optimale ionkoncentrationer i cellen, som er nødvendige for celleenzymers funktion.
  Partikler, der af en eller anden grund ikke er i stand til at krydse fosfolipid-dobbeltlaget (for eksempel på grund af hydrofile egenskaber, da membranen indeni er hydrofob og ikke tillader hydrofile stoffer at passere igennem, eller på grund af deres store størrelse), men nødvendige for cellen , kan trænge ind i membranen gennem specielle bærerproteiner (transportører) og kanalproteiner eller ved endocytose.
  Ved passiv transport krydser stoffer lipiddobbeltlaget uden at bruge energi langs en koncentrationsgradient ved diffusion. En variant af denne mekanisme er faciliteret diffusion, hvor et specifikt molekyle hjælper et stof med at passere gennem membranen. Dette molekyle kan have en kanal, der tillader kun én type stof at passere igennem.
  Aktiv transport kræver energi, da den sker mod en koncentrationsgradient. Der er specielle pumpeproteiner på membranen, herunder ATPase, som aktivt pumper kaliumioner (K+) ind i cellen og pumper natriumioner (Na+) ud af den.
• matrix - sikrer en vis relativ position og orientering af membranproteiner, deres optimale interaktion.
• mekanisk - sikrer cellens autonomi, dens intracellulære strukturer samt forbindelse med andre celler (i væv). Cellevægge spiller en stor rolle i at sikre den mekaniske funktion, og hos dyr spiller det intercellulære stof.
• energi - under fotosyntese i kloroplaster og cellulær respiration i mitokondrier, fungerer energioverførselssystemer i deres membraner, hvori proteiner også deltager;
• receptor - nogle proteiner placeret i membranen er receptorer (molekyler, ved hjælp af hvilke cellen opfatter bestemte signaler).
  For eksempel virker hormoner, der cirkulerer i blodet, kun på målceller, der har receptorer, der svarer til disse hormoner. Neurotransmittere ( kemikalier, der sikrer ledning af nerveimpulser) binder også til specielle receptorproteiner i målceller.
• enzymatiske - membranproteiner er ofte enzymer. For eksempel indeholder plasmamembranerne i tarmepitelcellerne fordøjelsesenzymer.
• implementering af generering og ledning af biopotentialer.
  Ved hjælp af membranen opretholdes en konstant koncentration af ioner i cellen: koncentrationen af ​​K+ ionen inde i cellen er meget højere end udenfor, og koncentrationen af ​​Na+ er meget lavere, hvilket er meget vigtigt, da dette sikrer opretholdelse af potentialforskellen på membranen og generering af en nerveimpuls.
• cellemærkning - der er antigener på membranen, der fungerer som markører - "mærker", der gør det muligt at identificere cellen. Disse er glykoproteiner (det vil sige proteiner med forgrenede oligosaccharid-sidekæder knyttet til dem), der spiller rollen som "antenner". På grund af de utallige sidekædekonfigurationer er det muligt at lave en specifik markør for hver celletype. Ved hjælp af markører kan celler genkende andre celler og handle sammen med dem, for eksempel ved dannelsen af ​​organer og væv. Dette gør det også muligt for immunsystemet at genkende fremmede antigener.

Struktur og sammensætning af biomembraner

Membraner er sammensat af tre klasser af lipider: fosfolipider, glykolipider og kolesterol. Fosfolipider og glykolipider (lipider med vedhæftede kulhydrater) består af to lange hydrofobe kulbrintehaler, der er forbundet til et ladet hydrofilt hoved. Kolesterol giver membranen stivhed ved at optage det frie rum mellem de hydrofobe haler af lipider og forhindre dem i at bøje. Derfor er membraner med et lavt kolesterolindhold mere fleksible, og dem med et højt kolesterolindhold er mere stive og skrøbelige. Kolesterol fungerer også som en "prop", der forhindrer bevægelse af polære molekyler fra cellen og ind i cellen. En vigtig del af membranen består af proteiner, der trænger ind i den og er ansvarlige for membranernes forskellige egenskaber. Deres sammensætning og orientering er forskellig i forskellige membraner.

Cellemembraner er ofte asymmetriske, det vil sige, at lagene adskiller sig i lipidsammensætning, overgangen af ​​et individuelt molekyle fra et lag til et andet (den såkaldte flip flop) er svært.

Membranorganeller

Disse er lukkede enkelte eller indbyrdes forbundne sektioner af cytoplasmaet, adskilt fra hyaloplasmaet af membraner. Enkeltmembranorganeller omfatter det endoplasmatiske reticulum, Golgi-apparatet, lysosomer, vakuoler, peroxisomer; at fordoble membraner - kerne, mitokondrier, plastider. Strukturen af ​​membranerne i forskellige organeller adskiller sig i sammensætningen af ​​lipider og membranproteiner.

Selektiv permeabilitet

Cellemembraner har selektiv permeabilitet: Glucose, aminosyrer, fedtsyrer, glycerol og ioner diffunderer langsomt gennem dem, og membranerne selv regulerer til en vis grad aktivt denne proces - nogle stoffer passerer igennem, men andre gør det ikke. Der er fire hovedmekanismer for indtrængen af ​​stoffer i cellen eller deres fjernelse fra cellen til ydersiden: diffusion, osmose, aktiv transport og exo- eller endocytose. De to første processer er passive i naturen, det vil sige, at de ikke kræver energi; de sidste to er aktive processer forbundet med energiforbrug.

Membranens selektive permeabilitet under passiv transport skyldes specielle kanaler - integrerede proteiner. De trænger igennem membranen og danner en slags passage. Grundstofferne K, Na og Cl har deres egne kanaler. I forhold til koncentrationsgradienten bevæger molekylerne af disse grundstoffer sig ind og ud af cellen. Ved irritation åbner natriumionkanalerne sig, og der opstår en pludselig tilstrømning af natriumioner ind i cellen. I dette tilfælde opstår en ubalance i membranpotentialet. Hvorefter membranpotentialet genoprettes. Kaliumkanaler er altid åbne, så kaliumioner langsomt kan trænge ind i cellen.

Se også

Litteratur

• Antonov V.F., Smirnova E.N., Shevchenko E.V. Lipidmembraner under faseovergange. - M.: Videnskab, 1994.
• Gennis R. Biomembraner. Molekylær struktur og funktioner: oversættelse fra engelsk. = Biomembraner. Molekylær struktur og funktion (af Robert B. Genis). - 1. udgave. - M.: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
• Ivanov V. G., Berestovsky T. N. Lipid dobbeltlag af biologiske membraner. - M.: Nauka, 1982.
• Rubin A.B. Biofysik, lærebog i 2 bind. - 3. udgave, rettet og udvidet. - M.: Moscow University Publishing House, 2004. -

Cellemembranen (plasmamembranen) er en tynd, semipermeabel membran, der omgiver celler.

Cellemembranens funktion og rolle

Dens funktion er at beskytte integriteten af ​​interiøret ved at tillade nogle nødvendige stoffer ind i buret og ikke tillader andre at komme ind.

Det tjener også som grundlag for tilknytning til nogle organismer og til andre. Plasmamembranen giver således også cellens form. En anden funktion af membranen er at regulere cellevækst gennem balance og.

Ved endocytose fjernes lipider og proteiner fra cellemembranen, efterhånden som stoffer absorberes. Under exocytose smelter vesikler indeholdende lipider og proteiner sammen med cellemembranen, hvilket øger cellestørrelsen. , og svampeceller har plasmamembraner. Indvendige er for eksempel også indesluttet i beskyttende membraner.

Cellemembranstruktur

Plasmamembranen er hovedsageligt sammensat af en blanding af proteiner og lipider. Afhængigt af membranens placering og rolle i kroppen kan lipider udgøre 20 til 80 procent af membranen, mens resten er proteiner. Mens lipider hjælper med at give membranen fleksibilitet, kontrollerer og vedligeholder proteiner kemisk sammensætning celler og hjælper også med transporten af ​​molekyler over membranen.

Membranlipider

Fosfolipider er hovedkomponenten i plasmamembraner. De danner et lipid-dobbeltlag, hvori de hydrofile (vandtiltrukne) hovedområder spontant organiserer sig mod den vandige cytosol og den ekstracellulære væske, mens de hydrofobe (vandafstødende) haleområder vender væk fra cytosolen og den ekstracellulære væske. Lipid-dobbeltlaget er semipermeabelt, hvilket kun tillader nogle molekyler at diffundere hen over membranen.

Kolesterol er en anden lipidkomponent i dyrecellemembraner. Kolesterolmolekyler er selektivt spredt mellem membranfosfolipider. Dette hjælper med at opretholde stivheden af ​​cellemembraner ved at forhindre fosfolipider i at blive for tætte. Kolesterol er fraværende i plantecellemembraner.

Glykolipider er placeret på den ydre overflade af cellemembraner og er forbundet med dem af en kulhydratkæde. De hjælper cellen med at genkende andre celler i kroppen.

Membranproteiner

Cellemembranen indeholder to typer associerede proteiner. Proteiner i den perifere membran er eksterne og er forbundet med den ved at interagere med andre proteiner. Integrale membranproteiner indføres i membranen og de fleste passerer igennem. Dele af disse transmembrane proteiner er placeret på begge sider af det.

Plasmamembranproteiner har en række forskellige funktioner. Strukturelle proteiner giver støtte og form til celler. Membranreceptorproteiner hjælper celler med at kommunikere med deres ydre miljø via hormoner, neurotransmittere og andre signalmolekyler. Transportproteiner, såsom kugleformede proteiner, transporterer molekyler over cellemembraner ved lettet diffusion. Glykoproteiner har en kulhydratkæde knyttet til dem. De er indlejret i cellemembranen og hjælper med udveksling og transport af molekyler.

Organelle membraner

Nogle cellulære organeller er også omgivet af beskyttende membraner. kerne,

Cellemembranen er en ultratynd film på overfladen af ​​en celle eller cellulær organel, der består af et bimolekylært lag af lipider med indlejrede proteiner og polysaccharider.

Membranfunktioner:

• · Barriere - giver reguleret, selektiv, passiv og aktiv metabolisme med omgivelserne. For eksempel beskytter peroxisommembranen cytoplasmaet mod peroxider, der er farlige for cellen. Selektiv permeabilitet betyder, at membranens permeabilitet for forskellige atomer eller molekyler afhænger af deres størrelse, elektrisk ladning og kemiske egenskaber. Selektiv permeabilitet sikrer, at celle- og cellulære rum er adskilt fra miljøet og forsynet med de nødvendige stoffer.
• · Transport - transport af stoffer ind og ud af cellen sker gennem membranen. Transport gennem membraner sikrer: tilførsel af næringsstoffer, fjernelse af metaboliske slutprodukter, sekretion af forskellige stoffer, skabelse af iongradienter, opretholdelse af optimal pH og ionkoncentrationer i cellen, som er nødvendige for cellulære enzymers funktion. Partikler, der af en eller anden grund ikke er i stand til at krydse fosfolipid-dobbeltlaget (for eksempel på grund af hydrofile egenskaber, da membranen indeni er hydrofob og ikke tillader hydrofile stoffer at passere igennem, eller på grund af deres store størrelse), men nødvendige for cellen , kan trænge ind i membranen gennem specielle bærerproteiner (transportører) og kanalproteiner eller ved endocytose. Ved passiv transport krydser stoffer lipiddobbeltlaget uden at bruge energi langs en koncentrationsgradient ved diffusion. En variant af denne mekanisme er faciliteret diffusion, hvor et specifikt molekyle hjælper et stof med at passere gennem membranen. Dette molekyle kan have en kanal, der tillader kun én type stof at passere igennem. Aktiv transport kræver energi, da den sker mod en koncentrationsgradient. Der er specielle pumpeproteiner på membranen, herunder ATPase, som aktivt pumper kaliumioner (K+) ind i cellen og pumper natriumioner (Na+) ud af den.
• · matrix - sikrer en vis relativ position og orientering af membranproteiner, deres optimale interaktion.
• · mekanisk - sikrer cellens autonomi, dens intracellulære strukturer samt forbindelse med andre celler (i væv). Cellevægge spiller en stor rolle i at sikre den mekaniske funktion, og hos dyr spiller det intercellulære stof.
• · energi - under fotosyntese i kloroplaster og cellulær respiration i mitokondrier, fungerer energioverførselssystemer i deres membraner, hvori proteiner også deltager;
• · receptor - nogle proteiner placeret i membranen er receptorer (molekyler, ved hjælp af hvilke cellen opfatter bestemte signaler). For eksempel virker hormoner, der cirkulerer i blodet, kun på målceller, der har receptorer, der svarer til disse hormoner. Neurotransmittere (kemikalier, der sikrer ledning af nerveimpulser) binder sig også til specielle receptorproteiner i målceller.
• · enzymatiske - membranproteiner er ofte enzymer. For eksempel indeholder plasmamembranerne i tarmepitelcellerne fordøjelsesenzymer.
• · implementering af generering og ledning af biopotentialer. Ved hjælp af membranen opretholdes en konstant koncentration af ioner i cellen: koncentrationen af ​​K + ionen inde i cellen er meget højere end udenfor, og Na + koncentrationen er meget lavere, hvilket er meget vigtigt, da dette sikrer opretholdelse af potentialforskellen på membranen og generering af en nerveimpuls.
• · cellemærkning - der er antigener på membranen, der fungerer som markører - "mærker", der gør det muligt at identificere cellen. Disse er glykoproteiner (det vil sige proteiner med forgrenede oligosaccharid-sidekæder knyttet til dem), der spiller rollen som "antenner". På grund af de utallige sidekædekonfigurationer er det muligt at lave en specifik markør for hver celletype. Ved hjælp af markører kan celler genkende andre celler og handle sammen med dem, for eksempel ved dannelsen af ​​organer og væv. Dette gør det også muligt for immunsystemet at genkende fremmede antigener.

Nogle proteinmolekyler diffunderer frit i lipidlagets plan; i normal tilstand dele af proteinmolekyler, der forlader langs forskellige sider cellemembranen ikke ændre deres position.

Den særlige morfologi af cellemembraner bestemmer deres elektriske egenskaber, blandt hvilke de vigtigste er kapacitans og ledningsevne.

Kapacitive egenskaber bestemmes hovedsageligt af phospholipid-dobbeltlaget, som er uigennemtrængeligt for hydrerede ioner og samtidig tyndt nok (ca. 5 nm) til at tillade effektiv ladningsadskillelse og -lagring og elektrostatisk interaktion mellem kationer og anioner. Derudover er de kapacitive egenskaber af cellemembraner en af ​​grundene, der bestemmer tidsegenskaberne for elektriske processer, der forekommer på cellemembraner.

Ledningsevne (g) -- gensidig elektrisk modstand og lig med forholdet mellem den totale transmembranstrøm for en given ion og den værdi, der bestemte dens transmembranpotentialeforskel.

Kan diffundere gennem fosfolipid-dobbeltlaget forskellige stoffer, og graden af ​​permeabilitet (P), det vil sige cellemembranens evne til at passere disse stoffer, afhænger af forskellen i koncentrationerne af det diffuserende stof på begge sider af membranen, dets opløselighed i lipider og cellens egenskaber membran. Diffusionshastigheden for ladede ioner under konstante feltforhold i membranen bestemmes af ionernes mobilitet, tykkelsen af ​​membranen og fordelingen af ​​ioner i membranen. For ikke-elektrolytter påvirker membranens permeabilitet ikke dens ledningsevne, da ikke-elektrolytter ikke bærer ladninger, dvs. de kan ikke bære elektrisk strøm.

En membrans ledningsevne er et mål for dens ioniske permeabilitet. En stigning i ledningsevne indikerer en stigning i antallet af ioner, der passerer gennem membranen.

En vigtig egenskab ved biologiske membraner er fluiditet. Alle cellemembraner er mobile væskestrukturer: de fleste af deres lipid- og proteinmolekyler er i stand til at bevæge sig ret hurtigt i membranens plan