Membrana cellulare. Membrana cellulare: struttura e funzioni

Breve descrizione:

Sazonov V.F. 1_1 Struttura della membrana cellulare [ Risorsa elettronica] // Kinesiologo, 2009-2018: [sito web]. Data aggiornamento: 02/06/2018..__.201_). _Si descrive la struttura e il funzionamento della membrana cellulare (sinonimi: plasmalemma, plasmalemma, biomembrana, membrana cellulare, membrana cellulare esterna, membrana cellulare, membrana citoplasmatica). Queste informazioni iniziali sono necessarie sia per la citologia che per comprendere i processi attività nervosa: eccitazione nervosa, inibizione, lavoro delle sinapsi e dei recettori sensoriali.

Membrana cellulare (plasma) UN lemma o plasma O lemma)

Definizione del concetto

La membrana cellulare (sinonimi: plasmalemma, plasmalemma, membrana citoplasmatica, biomembrana) è una tripla membrana lipoproteica (cioè “grasso-proteina”) che separa la cellula dalla ambiente e realizzare scambi e comunicazioni controllati tra la cellula e il suo ambiente.

La cosa principale in questa definizione non è che la membrana separi la cellula dall'ambiente, ma proprio questo si collega cellula con l’ambiente. La membrana è attivo la struttura della cellula, funziona costantemente.

Una membrana biologica è un film bimolecolare ultrasottile di fosfolipidi incrostati di proteine e polisaccaridi. Questa struttura cellulare è alla base delle proprietà di barriera, meccaniche e di matrice di un organismo vivente (Antonov V.F., 1996).

Una rappresentazione figurata di una membrana

Per me membrana cellulare appare sotto forma di un recinto a traliccio con molte porte al suo interno, che circonda un determinato territorio. Qualsiasi piccola creatura vivente può muoversi liberamente avanti e indietro attraverso questo recinto. Ma i visitatori più grandi possono entrare solo attraverso le porte e non da tutte le porte. I diversi visitatori hanno le chiavi solo della propria porta e non possono varcare quelle degli altri. Quindi, attraverso questa recinzione ci sono costantemente flussi di visitatori avanti e indietro, perché la funzione principale della recinzione a membrana è duplice: separare il territorio dallo spazio circostante e allo stesso tempo collegarlo con lo spazio circostante. Ecco perché ci sono molti buchi e porte nel recinto - !

Proprietà della membrana

1. Permeabilità.

2. Semipermeabilità (permeabilità parziale).

3. Permeabilità selettiva (sinonimo: selettiva).

4. Permeabilità attiva (sinonimo: trasporto attivo).

5. Permeabilità controllata.

Come puoi vedere, la proprietà principale di una membrana è la sua permeabilità a varie sostanze.

6. Fagocitosi e pinocitosi.

7. Esocitosi.

8. La presenza di potenziali elettrici e chimici, ovvero la differenza di potenziale tra la parte interna ed esterna della membrana. In senso figurato possiamo dirlo “la membrana trasforma la cellula in una “batteria elettrica” controllando i flussi ionici”. Dettagli: .

9. Cambiamenti nel potenziale elettrico e chimico.

10. Irritabilità. Speciali recettori molecolari situati sulla membrana possono connettersi con sostanze di segnalazione (controllo), a seguito delle quali lo stato della membrana e dell'intera cellula può cambiare. I recettori molecolari attivano la bio reazioni chimiche in risposta alla connessione dei ligandi (sostanze di controllo) con essi. È importante notare che la sostanza segnalante agisce sul recettore dall'esterno e i cambiamenti continuano all'interno della cellula. Si scopre che la membrana ha trasferito informazioni dall'ambiente a ambiente interno cellule.

11. Attività enzimatica catalitica. Gli enzimi possono essere incorporati nella membrana o associati alla sua superficie (sia all'interno che all'esterno della cellula), e lì svolgono le loro attività enzimatiche.

12. Modificare la forma della superficie e la sua area. Ciò consente alla membrana di formare escrescenze verso l'esterno o, al contrario, invaginazioni nella cellula.

13. La capacità di formare contatti con altre membrane cellulari.

14. Adesione: la capacità di aderire a superfici dure.

Breve elenco delle proprietà della membrana

Permeabilità.
Endocitosi, esocitosi, transcitosi.
Potenziali.
Irritabilità.
Attività enzimatica.
Contatti.
Adesione.

Funzioni della membrana

1. Isolamento incompleto dei contenuti interni dall'ambiente esterno.

2. La cosa principale nel funzionamento della membrana cellulare è scambio vari sostanze tra la cellula e l’ambiente intercellulare. Ciò è dovuto alla proprietà della membrana di permeabilità. Inoltre, la membrana regola questo scambio regolandone la permeabilità.

3. Ancora uno funzione importante membrane - creando una differenza nei potenziali chimici ed elettrici tra i suoi lati interno ed esterno. Per questo motivo, l'interno della cella ha un potenziale elettrico negativo - .

4. Anche la membrana svolge scambio di informazioni tra la cellula e il suo ambiente. Speciali recettori molecolari situati sulla membrana possono legarsi a sostanze di controllo (ormoni, mediatori, modulatori) e innescare reazioni biochimiche nella cellula, portando a vari cambiamenti nel funzionamento della cellula o nelle sue strutture.

Video:Struttura della membrana cellulare

Lezione video:Dettagli sulla struttura e sul trasporto della membrana

Struttura della membrana

La membrana cellulare ha un universale tre strati struttura. Il suo strato di grasso medio è continuo e gli strati proteici superiore e inferiore lo ricoprono sotto forma di un mosaico di aree proteiche separate. Lo strato di grasso è la base che garantisce l'isolamento della cellula dall'ambiente, isolandola dall'ambiente. Di per sé, lascia passare molto poco le sostanze idrosolubili, ma lascia passare facilmente le sostanze liposolubili. Pertanto, la permeabilità della membrana alle sostanze idrosolubili (ad esempio gli ioni) deve essere garantita da speciali strutture proteiche - e.

Di seguito sono riportate le micrografie delle membrane cellulari reali delle cellule in contatto ottenute utilizzando un microscopio elettronico, nonché un disegno schematico che mostra la struttura a tre strati della membrana e la natura a mosaico dei suoi strati proteici. Per ingrandire l'immagine, cliccarci sopra.

Immagine singola lo strato lipidico interno (grasso) della membrana cellulare, permeato di proteine integrali integrate. Gli strati proteici superiore e inferiore sono stati rimossi in modo da non interferire con la visualizzazione del doppio strato lipidico

Figura sopra: rappresentazione schematica parziale di una membrana cellulare (membrana cellulare), fornita su Wikipedia.

Si prega di notare che gli strati proteici esterno ed interno sono stati rimossi dalla membrana in modo da poter vedere meglio il doppio strato lipidico grasso centrale. In una vera membrana cellulare, grandi "isole" proteiche galleggiano sopra e sotto il film grasso (palline nella figura) e la membrana risulta essere più spessa, a tre strati: proteine-grassi-proteine . Quindi in realtà è come un sandwich di due "pezzi di pane" proteici con uno strato grasso di "burro" nel mezzo, cioè ha una struttura a tre strati, non a due strati.

In questa immagine, le palline blu e bianche corrispondono alle “teste” idrofile (bagnabili) dei lipidi, e i “fili” ad esse attaccati corrispondono alle “code” idrofobiche (non bagnabili). Delle proteine, vengono mostrate solo le proteine integrali di membrana end-to-end (globuli rossi ed eliche gialle). I punti ovali gialli all'interno della membrana sono molecole di colesterolo. Le catene di perline giallo-verdi all'esterno della membrana sono catene di oligosaccaridi che formano il glicocalice. Un glicocalice è una sorta di “lanugine” di carboidrati (“zucchero”) su una membrana, formata da lunghe molecole di carboidrati e proteine che sporgono da essa.

Living è un piccolo "sacco proteico-grasso" pieno di contenuti gelatinosi semiliquidi, permeati di pellicole e tubi.

Le pareti di questo sacco sono formate da un doppio film grasso (lipidico), ricoperto all'interno e all'esterno da proteine: la membrana cellulare. Perciò dicono che la membrana ha struttura a tre strati : proteine-grassi-proteine. All'interno della cellula ci sono anche molte membrane grasse simili che dividono il suo spazio interno in compartimenti. Le stesse membrane circondano gli organelli cellulari: nucleo, mitocondri, cloroplasti. Quindi la membrana è una struttura molecolare universale comune a tutte le cellule e a tutti gli organismi viventi.

A sinistra non c'è più un modello reale, ma artificiale di un pezzo di membrana biologica: questa è un'istantanea istantanea di un doppio strato di fosfolipidi grassi (cioè un doppio strato) nel processo di simulazione della dinamica molecolare. Viene mostrata la cella di calcolo del modello: 96 molecole PC ( F osfatidil X olina) e 2304 molecole d'acqua, per un totale di 20544 atomi.

A destra c'è un modello visivo di una singola molecola dello stesso lipide da cui è assemblato il doppio strato lipidico della membrana. Nella parte superiore ha una testa idrofila (che ama l'acqua), e nella parte inferiore ci sono due code idrofobe (che temono l'acqua). Questo lipide ha un nome semplice: 1-steroil-2-docosaesaenoil-Sn-glicero-3-fosfatidilcolina (18:0/22:6(n-3)cis PC), ma non è necessario ricordarlo a meno che non si hai intenzione di far svenire il tuo insegnante con la profondità della tua conoscenza.

Una definizione scientifica più precisa di cellula può essere data:

è un sistema eterogeneo ordinato e strutturato di biopolimeri delimitati da una membrana attiva, che partecipano ad un unico insieme di processi metabolici, energetici e processi informativi, e anche mantenendo e riproducendo l'intero sistema nel suo insieme.

All'interno della cellula è inoltre permeata di membrane, e tra le membrane non c'è acqua, ma un gel/sol viscoso di densità variabile. Pertanto, le molecole interagenti in una cellula non fluttuano liberamente, come in una provetta con una soluzione acquosa, ma per lo più si siedono (immobilizzate) sulle strutture polimeriche del citoscheletro o delle membrane intracellulari. E quindi le reazioni chimiche avvengono all'interno della cellula quasi come se si svolgessero in un solido anziché in un liquido. Anche la membrana esterna che circonda la cellula è rivestita di enzimi e recettori molecolari, che la rendono una parte molto attiva della cellula.

La membrana cellulare (plasmalemma, plasmolemma) è una membrana attiva che separa la cellula dall'ambiente e la collega con l'ambiente. © Sazonov VF, 2016.

Da questa definizione di membrana ne consegue che non solo limita la cellula, ma lavorando attivamente, collegandolo con il suo ambiente.

Il grasso che costituisce le membrane è speciale, quindi le sue molecole sono solitamente chiamate non solo grasso, ma "lipidi", "fosfolipidi", "sfingolipidi". Il film della membrana è doppio, cioè è formato da due film incollati tra loro. Pertanto, nei libri di testo scrivono che la base della membrana cellulare è costituita da due strati lipidici (o " doppio strato", cioè un doppio strato). Per ogni singolo strato lipidico, un lato può essere bagnato con acqua, ma l'altro no. Quindi, queste pellicole aderiscono tra loro proprio con i loro lati non bagnabili.

Membrana batterica

La parete cellulare procariotica dei batteri gram-negativi è costituita da diversi strati, mostrati nella figura seguente.
Strati del guscio di batteri gram-negativi:
1. Membrana citoplasmatica interna a tre strati, che è in contatto con il citoplasma.
2. Parete cellulare, costituita da mureina.
3. La membrana citoplasmatica esterna a tre strati, che ha lo stesso sistema di lipidi con complessi proteici della membrana interna.
Comunicazione Gram-negativa cellule batteriche con il mondo esterno attraverso una struttura a tre stadi così complessa non dà loro un vantaggio nella sopravvivenza condizioni difficili rispetto ai batteri gram-positivi, che hanno un guscio meno potente. Non lo tollerano altrettanto bene alte temperature, aumento dell'acidità e variazioni di pressione.

Lezione video:Membrana plasmatica. E.V. Cheval, Ph.D.

Lezione video:Membrana come confine cellulare. A. Ilyaskin

Importanza dei canali ionici di membrana

È facile capire che solo le sostanze liposolubili possono penetrare nella cellula attraverso il film grasso della membrana. Questi sono grassi, alcoli, gas. Ad esempio, nei globuli rossi, l'ossigeno e l'ossigeno entrano ed escono facilmente direttamente attraverso la membrana. diossido di carbonio. Ma l'acqua e le sostanze idrosolubili (ad esempio gli ioni) semplicemente non possono passare attraverso la membrana in nessuna cellula. Ciò significa che richiedono fori speciali. Ma se fai semplicemente un buco nella pellicola grassa, si richiuderà immediatamente. Cosa fare? La soluzione è stata trovata in natura: è necessario realizzare speciali strutture di trasporto delle proteine e allungarle attraverso la membrana. Questo è esattamente il modo in cui si formano i canali per il passaggio delle sostanze liposolubili: i canali ionici della membrana cellulare.

Quindi, per conferire alla sua membrana ulteriori proprietà di permeabilità alle molecole polari (ioni e acqua), la cellula sintetizza nel citoplasma speciali proteine, che vengono poi integrate nella membrana. Sono di due tipi: proteine di trasporto (ad esempio, ATPasi di trasporto) e proteine che formano canali (costruttori di canali). Queste proteine sono incorporate nel doppio strato grasso della membrana e formano strutture di trasporto sotto forma di trasportatori o sotto forma di canali ionici. Attraverso queste strutture di trasporto possono ora passare diverse sostanze idrosolubili che altrimenti non potrebbero passare attraverso la pellicola della membrana grassa.

In generale vengono chiamate anche proteine incorporate nella membrana integrante, proprio perché sembrano essere inclusi nella membrana e penetrarla attraverso. Altre proteine, non integrali, formano isole, per così dire, “galleggianti” sulla superficie della membrana: sia sulla sua superficie esterna che su quella interna. Dopotutto, tutti sanno che il grasso è un buon lubrificante ed è facile scivolarci sopra!

conclusioni

1. In generale, la membrana risulta essere a tre strati:

1) strato esterno di “isole” proteiche,

2) “mare” grasso a due strati (doppio strato lipidico), cioè doppio film lipidico,

3) uno strato interno di “isole” proteiche.

Ma c'è anche uno strato esterno sciolto: il glicocalice, formato da glicoproteine che sporgono dalla membrana. Sono recettori molecolari a cui si legano le sostanze di controllo della segnalazione.

2. Speciali strutture proteiche sono integrate nella membrana, garantendone la permeabilità agli ioni o ad altre sostanze. Non dobbiamo dimenticare che in alcuni punti il mare di grasso è completamente permeato di proteine integrali. E sono le proteine integrali a formarle speciali strutture di trasporto membrana cellulare (vedi sezione 1_2 Meccanismi di trasporto della membrana). Attraverso di loro, le sostanze entrano nella cellula e vengono anche rimosse dalla cellula verso l'esterno.

3. Su qualsiasi lato della membrana (esterno ed interno), così come all'interno della membrana, possono essere localizzate proteine enzimatiche che influenzano sia lo stato della membrana stessa che la vita dell'intera cellula.

Quindi la membrana cellulare è una struttura attiva e variabile che lavora attivamente nell'interesse dell'intera cellula e la collega con il mondo esterno, e non è solo un “guscio protettivo”. Questa è la cosa più importante che devi sapere sulla membrana cellulare.

In medicina, le proteine di membrana vengono spesso utilizzate come “bersagli” per medicinali. Tali obiettivi includono recettori, canali ionici, enzimi e sistemi di trasporto. IN Ultimamente Oltre alla membrana, anche i geni nascosti nel nucleo cellulare diventano bersagli per i farmaci.

Video:Introduzione alla biofisica della membrana cellulare: struttura della membrana 1 (Vladimirov Yu.A.)

Video:Storia, struttura e funzioni della membrana cellulare: Struttura della membrana 2 (Vladimirov Yu.A.)

In base alle sue caratteristiche funzionali, la membrana cellulare può essere suddivisa in 9 funzioni che svolge.
Funzioni della membrana cellulare:
1. Trasporti. Trasporta le sostanze da una cellula all'altra;
2. Barriera. Ha permeabilità selettiva, garantisce il metabolismo necessario;
3. Recettore. Alcune proteine presenti nella membrana sono recettori;
4. Meccanico. Garantisce l'autonomia della cellula e delle sue strutture meccaniche;
5. Matrice. Fornisce l'interazione e l'orientamento ottimali delle proteine della matrice;
6. Energia. Le membrane contengono sistemi di trasferimento di energia durante la respirazione cellulare nei mitocondri;
7. Enzimatico. Le proteine di membrana sono talvolta enzimi. Ad esempio, le membrane cellulari intestinali;
8. Marcatura. La membrana contiene antigeni (glicoproteine) che consentono l'identificazione cellulare;
9. Generazione. Effettua la generazione e la conduzione dei biopotenziali.

Puoi vedere come appare una membrana cellulare usando l'esempio della struttura di una cellula animale o vegetale.

La figura mostra la struttura della membrana cellulare.
I componenti della membrana cellulare comprendono varie proteine della membrana cellulare (globulari, periferiche, di superficie), nonché lipidi della membrana cellulare (glicolipidi, fosfolipidi). Anche nella struttura della membrana cellulare sono presenti carboidrati, colesterolo, glicoproteina e proteina alfa elica.

Composizione della membrana cellulare

La composizione principale della membrana cellulare comprende:
1. Proteine - responsabili di varie proprietà della membrana;
2. Lipidi tre tipi(fosfolipidi, glicolipidi e colesterolo) responsabili della rigidità di membrana.
Proteine della membrana cellulare:
1. Proteina globulare;
2. Proteine superficiali;
3. Proteine periferiche.

Lo scopo principale della membrana cellulare

Lo scopo principale della membrana cellulare:
1. Regolare lo scambio tra la cellula e l'ambiente;
2. Separare il contenuto di qualsiasi cella dall'ambiente esterno, garantendone così l'integrità;
3. Le membrane intracellulari dividono la cellula in compartimenti chiusi specializzati: organelli o compartimenti in cui vengono mantenute determinate condizioni ambientali.

Struttura della membrana cellulare

La struttura della membrana cellulare è una soluzione bidimensionale di proteine integrali globulari disciolte in una matrice fosfolipidica liquida. Questo modello di struttura della membrana fu proposto da due scienziati Nicholson e Singer nel 1972. Pertanto, la base delle membrane è uno strato lipidico bimolecolare, con una disposizione ordinata di molecole, come potete vedere in.

L'esterno della gabbia è coperto membrana plasmatica(o membrana cellulare esterna) di circa 6-10 nm di spessore.

La membrana cellulare è una pellicola densa di proteine e lipidi (principalmente fosfolipidi). Le molecole lipidiche sono disposte in modo ordinato - perpendicolare alla superficie, in due strati, in modo che le loro parti che interagiscono intensamente con l'acqua (idrofile) siano dirette verso l'esterno e le loro parti inerti all'acqua (idrofobiche) siano dirette verso l'interno.

Le molecole proteiche si trovano in uno strato non continuo sulla superficie della struttura lipidica su entrambi i lati. Alcuni di essi sono immersi nello strato lipidico, altri lo attraversano formando aree permeabili all'acqua. Queste proteine svolgono varie funzioni: alcune sono enzimi, altre sono proteine di trasporto coinvolte nel trasferimento di determinate sostanze dall'ambiente al citoplasma e nella direzione opposta.

Funzioni fondamentali della membrana cellulare

Una delle principali proprietà delle membrane biologiche è la permeabilità selettiva (semipermeabilità)- alcune sostanze le attraversano con difficoltà, altre facilmente e anche in concentrazioni più elevate. Pertanto, per la maggior parte delle cellule, la concentrazione di ioni Na all'interno è significativamente inferiore rispetto all'ambiente. La relazione opposta è tipica degli ioni K: la loro concentrazione all'interno della cellula è maggiore che all'esterno. Pertanto, gli ioni Na tendono sempre a penetrare nella cellula e gli ioni K tendono sempre ad uscire. L'equalizzazione delle concentrazioni di questi ioni è impedita dalla presenza nella membrana di un sistema speciale che svolge il ruolo di una pompa, che pompa gli ioni Na fuori dalla cellula e contemporaneamente pompa gli ioni K all'interno.

La tendenza degli ioni Na a spostarsi dall'esterno verso l'interno viene utilizzata per trasportare zuccheri e amminoacidi nella cellula. Con la rimozione attiva degli ioni Na dalla cellula, si creano le condizioni per l'ingresso di glucosio e amminoacidi al suo interno.

In molte cellule le sostanze vengono assorbite anche mediante fagocitosi e pinocitosi. A fagocitosi la membrana esterna flessibile forma una piccola depressione nella quale cade la particella catturata. Questo recesso aumenta e, circondata da un tratto della membrana esterna, la particella si immerge nel citoplasma della cellula. Il fenomeno della fagocitosi è caratteristico delle amebe e di alcuni altri protozoi, nonché dei leucociti (fagociti). Le cellule assorbono i liquidi contenenti le sostanze necessarie per la cellula in modo simile. Questo fenomeno è stato chiamato pinocitosi.

Le membrane esterne delle diverse cellule differiscono significativamente in entrambe Composizione chimica loro proteine e lipidi, e dal loro relativo contenuto. Sono queste caratteristiche che determinano la diversità nell'attività fisiologica delle membrane di varie cellule e il loro ruolo nella vita di cellule e tessuti.

Associato alla membrana esterna reticolo endoplasmatico cellule. Con l'aiuto delle membrane esterne vengono eseguiti Vari tipi contatti intercellulari, ad es. comunicazione tra le singole cellule.

Molti tipi di cellule sono caratterizzati dalla presenza sulla loro superficie grande quantità sporgenze, pieghe, microvilli. Contribuiscono sia ad un aumento significativo della superficie cellulare che a un miglioramento del metabolismo, nonché a connessioni più forti tra le singole cellule e tra loro.

Le cellule vegetali hanno membrane spesse all'esterno della membrana cellulare, chiaramente visibili al microscopio ottico, costituite da fibra (cellulosa). Forniscono un forte supporto tessuti vegetali(legna).

Anche alcune cellule animali ne hanno un certo numero strutture esterne, situato sulla parte superiore della membrana cellulare e avente natura protettiva. Un esempio è la chitina delle cellule tegumentarie degli insetti.

Funzioni della membrana cellulare (brevemente)

Funzione	Descrizione
Barriera protettiva	Separa gli organelli cellulari interni dall'ambiente esterno
Normativa	Regola il metabolismo tra il contenuto interno della cellula e l'ambiente esterno
Delimitazione (compartimentalizzazione)	Divisione dello spazio interno della cella in blocchi indipendenti (compartimenti)
Energia	- Accumulo e trasformazione dell'energia; - reazioni leggere della fotosintesi nei cloroplasti; - Assorbimento e secrezione.
Recettore (informativo)	Partecipa alla formazione dell'eccitazione e alla sua condotta.
Il motore	Esegue il movimento della cellula o delle sue singole parti.

La membrana cellulare è la struttura che ricopre l'esterno della cellula. È chiamato anche citolemma o plasmalemma.

Questa formazione è costituita da uno strato bilipidico (doppio strato) con proteine integrate al suo interno. I carboidrati che compongono il plasmalemma sono allo stato legato.

La distribuzione dei componenti principali del plasmalemma è la seguente: più della metà della composizione chimica sono proteine, un quarto è occupato da fosfolipidi e un decimo è colesterolo.

Membrana cellulare e suoi tipi

La membrana cellulare è un film sottile, la cui base è costituita da strati di lipoproteine e proteine.

Secondo la localizzazione si distinguono gli organelli di membrana, che hanno alcune caratteristiche nelle cellule vegetali e animali:

mitocondri;
nucleo;
reticolo endoplasmatico;
Complesso del Golgi;
lisosomi;
cloroplasti (nelle cellule vegetali).

C'è anche una membrana cellulare interna ed esterna (plasmolemma).

Struttura della membrana cellulare

La membrana cellulare contiene carboidrati che la ricoprono sotto forma di glicocalice. Questa è una struttura sopra-membrana che svolge una funzione di barriera. Le proteine situate qui sono in stato libero. Le proteine non legate partecipano alle reazioni enzimatiche, fornendo la scomposizione extracellulare delle sostanze.

Le proteine della membrana citoplasmatica sono rappresentate dalle glicoproteine. In base alla loro composizione chimica, le proteine che sono completamente incluse nello strato lipidico (per tutta la sua lunghezza) sono classificate come proteine integrali. Anche periferico, non raggiungendo una delle superfici del plasmalemma.

I primi funzionano come recettori, legandosi a neurotrasmettitori, ormoni e altre sostanze. Le proteine di inserzione sono necessarie per la costruzione di canali ionici attraverso i quali avviene il trasporto di ioni e substrati idrofili. Questi ultimi sono enzimi che catalizzano le reazioni intracellulari.

Proprietà fondamentali della membrana plasmatica

Il doppio strato lipidico impedisce la penetrazione dell'acqua. I lipidi sono composti idrofobici rappresentati nella cellula dai fosfolipidi. Il gruppo fosfato è rivolto verso l'esterno ed è costituito da due strati: quello esterno, diretto verso l'ambiente extracellulare, e quello interno, che delimita il contenuto intracellulare.

Le aree solubili in acqua sono chiamate teste idrofile. I siti degli acidi grassi sono diretti all'interno della cellula, sotto forma di code idrofobiche. La parte idrofobica interagisce con i lipidi vicini, garantendo il loro attaccamento reciproco. Il doppio strato ha permeabilità selettiva in diverse aree.

Quindi al centro la membrana è impermeabile al glucosio e qui passano liberamente le sostanze idrofobiche: anidride carbonica, ossigeno, alcool; Importante è il colesterolo; il contenuto di quest'ultimo determina la viscosità del plasmalemma.

Funzioni della membrana cellulare esterna

Le caratteristiche delle funzioni sono brevemente elencate nella tabella:

Funzione della membrana	Descrizione
Ruolo di barriera	Il plasmalemma svolge una funzione protettiva, proteggendo il contenuto della cellula dagli effetti di agenti estranei. Grazie alla particolare organizzazione di proteine, lipidi, carboidrati, è assicurata la semipermeabilità del plasmalemma.
Funzione del recettore	Le sostanze biologicamente attive vengono attivate attraverso la membrana cellulare nel processo di legame ai recettori. Pertanto, le reazioni immunitarie sono mediate attraverso il riconoscimento di agenti estranei da parte dell'apparato recettore cellulare localizzato sulla membrana cellulare.
Funzione di trasporto	La presenza di pori nel plasmalemma consente di regolare il flusso delle sostanze nella cellula. Il processo di trasferimento avviene passivamente (senza consumo di energia) per i composti a basso contenuto di energia peso molecolare. Il trasporto attivo è associato al dispendio di energia rilasciata durante la degradazione dell'adenosina trifosfato (ATP). Questo metodo avviene per il trasferimento di composti organici.
Partecipazione ai processi digestivi	Le sostanze si depositano sulla membrana cellulare (assorbimento). I recettori si legano al substrato, spostandolo nella cellula. Si forma una bolla che giace liberamente all'interno della cellula. Unendosi, tali vescicole formano lisosomi con enzimi idrolitici.
Funzione enzimatica	Gli enzimi sono componenti essenziali della digestione intracellulare. Le reazioni che richiedono la partecipazione di catalizzatori si verificano con la partecipazione di enzimi.

Qual è l'importanza della membrana cellulare

La membrana cellulare è coinvolta nel mantenimento dell'omeostasi a causa dell'elevata selettività delle sostanze che entrano ed escono dalla cellula (in biologia questa si chiama permeabilità selettiva).

Le conseguenze del plasmalemma dividono la cellula in compartimenti (compartimenti) responsabili della realizzazione determinate funzioni. Membrane appositamente progettate corrispondenti al modello del mosaico fluido garantiscono l'integrità della cellula.

Membrana cellulare detta anche membrana plasmatica (o citoplasmatica) e plasmalemma. Questa struttura non solo separa il contenuto interno della cellula dall'ambiente esterno, ma fa anche parte della maggior parte degli organelli cellulari e del nucleo, separandoli a loro volta dallo ialoplasma (citosol), la parte viscosa-liquida del citoplasma. Accettiamo di chiamare membrana citoplasmatica quello che separa il contenuto della cella dall'ambiente esterno. I restanti termini denotano tutte le membrane.

La struttura della membrana cellulare (biologica) si basa su un doppio strato di lipidi (grassi). La formazione di tale strato è associata alle caratteristiche delle loro molecole. I lipidi non si dissolvono in acqua, ma si condensano a modo loro. Una parte di una singola molecola lipidica è una testa polare (è attratta dall'acqua, cioè idrofila), e l'altra è una coppia di lunghe code non polari (questa parte della molecola è respinta dall'acqua, cioè idrofoba). Questa struttura di molecole fa sì che “nascondano” la coda dall'acqua e rivolgano la testa polare verso l'acqua.

Il risultato è un doppio strato lipidico in cui le code non polari sono verso l’interno (una di fronte all’altra) e le teste polari sono verso l’esterno (verso ambiente esterno e citoplasma). La superficie di tale membrana è idrofila, ma al suo interno è idrofoba.

Nelle membrane cellulari, tra i lipidi predominano i fosfolipidi (appartengono ai lipidi complessi). Le loro teste contengono un residuo di acido fosforico. Oltre ai fosfolipidi, ci sono i glicolipidi (lipidi + carboidrati) e il colesterolo (correlato agli steroli). Quest'ultimo conferisce rigidità alla membrana, trovandosi nel suo spessore tra le code dei restanti lipidi (il colesterolo è completamente idrofobo).

A causa dell'interazione elettrostatica, alcune molecole proteiche si attaccano alle teste lipidiche cariche, che diventano proteine della membrana superficiale. Altre proteine interagiscono con le code non polari, sono parzialmente sepolte nel doppio strato o penetrano attraverso di esso.

Pertanto, la membrana cellulare è costituita da un doppio strato di lipidi, proteine superficiali (periferiche), incorporate (semi-integrali) e permeanti (integrali). Inoltre, alcune proteine e lipidi sulla parte esterna della membrana sono associati a catene di carboidrati.

Questo modello a mosaico fluido della struttura della membranaè stato proposto negli anni '70 del XX secolo. In precedenza, veniva assunto un modello di struttura a sandwich, secondo il quale il doppio strato lipidico si trova all'interno e all'interno e all'esterno la membrana è ricoperta da strati continui di proteine superficiali. Tuttavia, l’accumulo di dati sperimentali ha confutato questa ipotesi.

Spessore della membrana cellule diverseè di circa 8 nm. Membrane (anche lati diversi uno) differiscono tra loro in percentuale vari tipi lipidi, proteine, attività enzimatica, ecc. Alcune membrane sono più liquide e più permeabili, altre sono più dense.

Le rotture della membrana cellulare si uniscono facilmente a causa delle proprietà fisico-chimiche del doppio strato lipidico. Nel piano della membrana si muovono i lipidi e le proteine (a meno che non siano ancorate al citoscheletro).

Funzioni della membrana cellulare

La maggior parte delle proteine immerse nella membrana cellulare svolgono una funzione enzimatica (sono enzimi). Spesso (specialmente nelle membrane degli organelli cellulari) gli enzimi si trovano in una certa sequenza in modo che i prodotti della reazione catalizzati da un enzima passino al secondo, poi al terzo, ecc. Si forma un trasportatore che stabilizza le proteine di superficie, perché non lo fanno consentire agli enzimi di galleggiare lungo il doppio strato lipidico.

La membrana cellulare svolge una funzione di delimitazione (barriera) dall'ambiente e allo stesso tempo funzioni di trasporto. Possiamo dire che questo è il suo scopo più importante. La membrana citoplasmatica, avendo forza e permeabilità selettiva, mantiene la costanza della composizione interna della cellula (la sua omeostasi e integrità).

In questo caso avviene il trasporto di sostanze diversi modi. Il trasporto lungo un gradiente di concentrazione comporta il movimento di sostanze da una zona a concentrazione maggiore a una zona a concentrazione minore (diffusione). Ad esempio, i gas (CO 2 , O 2 ) si diffondono.

Esistono anche trasporti contro gradiente di concentrazione, ma con consumo di energia.

Il trasporto può essere passivo e facilitato (quando è aiutato da qualche tipo di vettore). Per le sostanze liposolubili è possibile la diffusione passiva attraverso la membrana cellulare.

Esistono proteine speciali che rendono le membrane permeabili agli zuccheri e ad altre sostanze idrosolubili. Tali trasportatori si legano alle molecole trasportate e le trascinano attraverso la membrana. Ecco come viene trasportato il glucosio all'interno dei globuli rossi.

Le proteine filettanti si combinano per formare un poro per il movimento di alcune sostanze attraverso la membrana. Tali trasportatori non si muovono, ma formano un canale nella membrana e funzionano in modo simile agli enzimi, legando una sostanza specifica. Il trasferimento avviene a causa di un cambiamento nella conformazione delle proteine, con conseguente formazione di canali nella membrana. Un esempio è la pompa sodio-potassio.

La funzione di trasporto della membrana cellulare eucariotica si realizza anche attraverso l'endocitosi (ed esocitosi). Grazie a questi meccanismi, grandi molecole di biopolimeri, anche cellule intere, entrano nella cellula (e ne escono). L'endo- e l'esocitosi non sono caratteristici di tutte le cellule eucariotiche (i procarioti non ce l'hanno affatto). Pertanto, l'endocitosi si osserva nei protozoi e negli invertebrati inferiori; nei mammiferi, leucociti e macrofagi assorbono sostanze e batteri nocivi, ovvero l'endocitosi svolge una funzione protettiva per l'organismo.

L'endocitosi è divisa in fagocitosi(il citoplasma avvolge particelle di grandi dimensioni) e pinocitosi(catturando goccioline di liquido con sostanze disciolte in esso). Il meccanismo di questi processi è approssimativamente lo stesso. Le sostanze assorbite sulla superficie delle cellule sono circondate da una membrana. Si forma una vescicola (fagocitica o pinocitica) che poi si sposta nella cellula.

L'esocitosi è la rimozione di sostanze dalla cellula (ormoni, polisaccaridi, proteine, grassi, ecc.) da parte della membrana citoplasmatica. Queste sostanze sono contenute in vescicole di membrana che si adattano alla membrana cellulare. Entrambe le membrane si fondono e il contenuto appare all'esterno della cellula.

La membrana citoplasmatica svolge una funzione di recettore. Per fare ciò, sul suo lato esterno si trovano strutture in grado di riconoscere uno stimolo chimico o fisico. Alcune delle proteine che penetrano nel plasmalemma sono collegate dall'esterno a catene di polisaccaridi (formando glicoproteine). Questi sono recettori molecolari peculiari che catturano gli ormoni. Quando un particolare ormone si lega al suo recettore, cambia la sua struttura. Ciò a sua volta innesca il meccanismo di risposta cellulare. In questo caso, i canali possono aprirsi e alcune sostanze possono iniziare a entrare o uscire dalla cellula.

La funzione dei recettori delle membrane cellulari è stata ben studiata in base all'azione dell'ormone insulina. Quando l'insulina si lega al suo recettore glicoproteico, viene attivata la parte intracellulare catalitica di questa proteina (enzima adenilato ciclasi). L'enzima sintetizza l'AMP ciclico dall'ATP. Già attiva o sopprime vari enzimi del metabolismo cellulare.

La funzione recettoriale della membrana citoplasmatica comprende anche il riconoscimento delle cellule vicine dello stesso tipo. Tali cellule sono attaccate tra loro da vari contatti intercellulari.

Nei tessuti, con l'aiuto dei contatti intercellulari, le cellule possono scambiare informazioni tra loro utilizzando sostanze a basso peso molecolare appositamente sintetizzate. Un esempio di tale interazione è l'inibizione del contatto, quando le cellule smettono di crescere dopo aver ricevuto l'informazione che lo spazio libero è occupato.

I contatti intercellulari possono essere semplici (le membrane di cellule diverse sono adiacenti tra loro), bloccanti (invaginazioni della membrana di una cellula nell'altra), desmosomi (quando le membrane sono collegate da fasci di fibre trasversali che penetrano nel citoplasma). Inoltre, esiste una variante dei contatti intercellulari dovuta a mediatori (intermediari) - sinapsi. In essi, il segnale viene trasmesso non solo chimicamente, ma anche elettricamente. Le sinapsi trasmettono segnali tra cellule nervose, così come da nervoso a muscolare.