Hovedfunksjoner til membraner. Hvilken funksjon utfører cellemembranen - dens egenskaper og funksjoner

Cellemembranen er strukturen som dekker utsiden av cellen. Det kalles også cytolemma eller plasmalemma.

Denne formasjonen er bygget opp av et bilipidlag (bilag) med proteiner innebygd i det. Karbohydratene som utgjør plasmalemmaet er i bundet tilstand.

Fordelingen av hovedkomponentene i plasmalemmaet er som følger: mer enn halvparten av den kjemiske sammensetningen er proteiner, en fjerdedel er okkupert av fosfolipider, og en tiendedel er kolesterol.

Cellemembran og dens typer

Cellemembranen er en tynn film, hvis basis består av lag med lipoproteiner og proteiner.

I henhold til lokalisering skilles membranorganeller ut, som har noen funksjoner i plante- og dyreceller:

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

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

Strukturen til cellemembranen

Cellemembranen inneholder karbohydrater som dekker den i form av en glykokalyx. Dette er en supramembranstruktur som utfører en barrierefunksjon. Proteinene som ligger her er i fri stat. Ubundne proteiner deltar i enzymatiske reaksjoner, og gir ekstracellulær nedbrytning av stoffer.

Proteiner i den cytoplasmatiske membranen er representert av glykoproteiner. Basert på deres kjemiske sammensetning blir proteiner som er fullstendig inkludert i lipidlaget (langs hele lengden) klassifisert som integrerte proteiner. Også perifert, når ikke en av overflatene til plasmalemmaet.

Førstnevnte fungerer som reseptorer, binder til nevrotransmittere, hormoner og andre stoffer. Innsettingsproteiner er nødvendige for konstruksjonen av ionekanaler som transporten av ioner og hydrofile substrater skjer gjennom. Sistnevnte er enzymer som katalyserer intracellulære reaksjoner.

Grunnleggende egenskaper til plasmamembranen

Lipid-dobbeltlaget forhindrer inntrengning av vann. Lipider er hydrofobe forbindelser representert i cellen av fosfolipider. Fosfatgruppen vender utover og består av to lag: det ytre, rettet mot det ekstracellulære miljøet, og det indre, som avgrenser det intracellulære innholdet.

Vannløselige områder kalles hydrofile hoder. Fettsyrestedene ledes inn i cellen, i form av hydrofobe haler. Den hydrofobe delen samhandler med nærliggende lipider, noe som sikrer at de fester seg til hverandre. Dobbeltlaget har selektiv permeabilitet i forskjellige områder.

Så i midten er membranen ugjennomtrengelig for glukose og urea, som passerer fritt gjennom her: karbondioksid, oksygen, alkohol. Kolesterol er viktig; innholdet av sistnevnte bestemmer viskositeten til plasmalemmaet.

Funksjoner til den ytre cellemembranen

Egenskapene til funksjonene er kort oppført i tabellen:

Membranfunksjon	Beskrivelse
Barriere rolle	Plasmalemmaet utfører en beskyttende funksjon, og beskytter innholdet i cellen mot effekten av fremmede stoffer. Takket være den spesielle organiseringen av proteiner, lipider, karbohydrater, er semipermeabiliteten til plasmalemmaet sikret.
Reseptorfunksjon	Biologisk aktive stoffer aktiveres gjennom cellemembranen i prosessen med å binde seg til reseptorer. Således medieres immunreaksjoner gjennom gjenkjennelse av fremmede stoffer av cellereseptorapparatet lokalisert på cellemembranen.
Transportfunksjon	Tilstedeværelsen av porer i plasmalemmaet lar deg regulere strømmen av stoffer inn i cellen. Overføringsprosessen skjer passivt (uten energiforbruk) for forbindelser med lav molekylær vekt. Aktiv transport er assosiert med energiforbruket som frigjøres under nedbrytningen av adenosintrifosfat (ATP). Denne metoden skjer for overføring av organiske forbindelser.
Deltakelse i fordøyelsesprosesser	Stoffer avsettes på cellemembranen (sorpsjon). Reseptorer binder seg til underlaget og flytter det inn i cellen. Det dannes en boble som ligger fritt inne i cellen. Ved sammenslåing danner slike vesikler lysosomer med hydrolytiske enzymer.
Enzymatisk funksjon	Enzymer er essensielle komponenter i intracellulær fordøyelse. Reaksjoner som krever deltakelse av katalysatorer skjer med deltakelse av enzymer.

Hva er betydningen av cellemembranen

Cellemembranen er involvert i å opprettholde homeostase på grunn av den høye selektiviteten til stoffer som kommer inn og ut av cellen (i biologi kalles dette selektiv permeabilitet).

Utvekster av plasmalemma deler cellen inn i avdelinger (rom) som er ansvarlige for å utføre visse funksjoner. Spesielt utformede membraner som tilsvarer væske-mosaikkmønsteret sikrer cellens integritet.

Plasmamembran , eller plasmalemma,- den mest permanente, grunnleggende, universelle membranen for alle celler. Det er en tynn (ca. 10 nm) film som dekker hele cellen. Plasmalemmaet består av proteinmolekyler og fosfolipider (fig. 1.6).

Fosfolipidmolekyler er ordnet i to rader - med hydrofobe ender innover, hydrofile hoder mot det indre og ytre vandige miljøet. Noen steder penetreres bilaget (dobbeltlaget) av fosfolipider gjennom og gjennom av proteinmolekyler (integrerte proteiner). Inne i slike proteinmolekyler er det kanaler - porer som vannløselige stoffer passerer gjennom. Annen proteinmolekyler penetrere lipid-dobbeltlaget halvveis på den ene eller den andre siden (semi-integrerte proteiner). Det er perifere proteiner på overflaten av membranene til eukaryote celler. Lipid- og proteinmolekyler holdes sammen på grunn av hydrofile-hydrofobe interaksjoner.

Egenskaper og funksjoner til membraner. Alle cellemembraner er mobile væskestrukturer, siden lipid- og proteinmolekyler ikke er sammenkoblet kovalente bindinger og er i stand til å bevege seg ganske raskt i membranens plan. Takket være dette kan membraner endre konfigurasjonen, det vil si at de har fluiditet.

Membraner er svært dynamiske strukturer. De kommer seg raskt etter skade og strekker seg og trekker seg sammen med cellulære bevegelser.

Membraner av forskjellige typer celler varierer betydelig både i kjemisk sammensetning og i det relative innholdet av proteiner, glykoproteiner, lipider i dem, og følgelig i naturen til reseptorene de inneholder. Hver celletype er derfor preget av en individualitet, som hovedsakelig bestemmes glykoproteiner. Forgrenede kjeder av glykoproteiner som stikker ut fra cellemembran, delta i faktorgjenkjenning ytre miljø, så vel som i gjensidig anerkjennelse av beslektede celler. For eksempel gjenkjenner et egg og en sperm hverandre av celleoverflateglykoproteiner, som passer sammen som separate elementer i en hel struktur. Slik gjensidig anerkjennelse er et nødvendig stadium før befruktning.

Et lignende fenomen observeres i prosessen med vevsdifferensiering. I dette tilfellet er celler med lignende struktur, ved hjelp av gjenkjenningsområder av plasmalemmaet, korrekt orientert i forhold til hverandre, og sikrer dermed deres adhesjon og vevsdannelse. Forbundet med anerkjennelse transportregulering molekyler og ioner gjennom membranen, samt en immunologisk respons der glykoproteiner spiller rollen som antigener. Sukker kan dermed fungere som informasjonsmolekyler (som proteiner og nukleinsyrer). Membranene inneholder også spesifikke reseptorer, elektronbærere, energiomformere og enzymproteiner. Proteiner er involvert i å sikre transport av visse molekyler inn eller ut av cellen, gir en strukturell forbindelse mellom cytoskjelettet og cellemembraner, eller fungerer som reseptorer for å motta og konvertere kjemiske signaler fra miljø.

Den viktigste egenskapen til membranen er også selektiv permeabilitet. Dette betyr at molekyler og ioner passerer gjennom den med forskjellige hastigheter, og jo større størrelsen på molekylene er, desto langsommere er hastigheten de passerer gjennom membranen. Denne egenskapen definerer plasmamembranen som osmotisk barriere. Vann og gasser oppløst i det har den maksimale penetreringsevnen; Ioner passerer gjennom membranen mye saktere. Diffusjonen av vann gjennom en membran kalles ved osmose.

Det er flere mekanismer for å transportere stoffer over membranen.

Diffusjon- penetrering av stoffer gjennom en membran langs en konsentrasjonsgradient (fra et område hvor konsentrasjonen er høyere til et område hvor konsentrasjonen er lavere). Diffus transport av stoffer (vann, ioner) utføres med deltagelse av membranproteiner, som har molekylære porer, eller med deltagelse av lipidfasen (for fettløselige stoffer).

Med tilrettelagt diffusjon spesielle membrantransportproteiner binder seg selektivt til ett eller annet ion eller molekyl og transporterer dem over membranen langs en konsentrasjonsgradient.

Aktiv transport innebærer energikostnader og tjener til å transportere stoffer mot deres konsentrasjonsgradient. Han utføres av spesielle bærerproteiner som danner den såkalte ionepumper. Den mest studerte er Na - / K - pumpen i dyreceller, som aktivt pumper Na + ioner ut samtidig som den absorberer K - ioner. På grunn av dette opprettholdes en høyere konsentrasjon av K - og en lavere konsentrasjon av Na + i cellen sammenlignet med miljøet. Denne prosessen krever ATP-energi.

Som et resultat av aktiv transport ved hjelp av membranpumpe i cellen, reguleres også konsentrasjonen av Mg 2- og Ca 2+.

Under prosessen med aktiv transport av ioner inn i cellen trenger forskjellige sukkerarter, nukleotider og aminosyrer gjennom den cytoplasmatiske membranen.

Protein makromolekyler, nukleinsyrer, polysakkarider, lipoproteinkomplekser osv. passerer ikke gjennom cellemembraner, i motsetning til ioner og monomerer. Transport av makromolekyler, deres komplekser og partikler inn i cellen skjer på en helt annen måte - gjennom endocytose. På endocytose (endo...- innover) et visst område av plasmalemmaet fanger og omslutter så å si ekstracellulært materiale, og omslutter det i en membranvakuole som oppstår som et resultat av invaginering av membranen. Deretter forbindes en slik vakuole med et lysosom, hvis enzymer bryter ned makromolekyler til monomerer.

Den omvendte prosessen med endocytose er eksocytose (ekso...- ut). Takket være det fjerner cellen intracellulære produkter eller ufordøyde rester innelukket i vakuoler eller pu-

zyryki. Vesikkelen nærmer seg den cytoplasmatiske membranen, smelter sammen med den, og innholdet slippes ut i miljøet. Slik fjernes fordøyelsesenzymer, hormoner, hemicellulose osv.

Dermed fungerer biologiske membraner, som de viktigste strukturelle elementene i en celle, ikke bare som fysiske grenser, men er dynamiske funksjonelle overflater. Tallrike biokjemiske prosesser finner sted på membranene til organeller, som aktiv absorpsjon av stoffer, energiomdannelse, ATP-syntese, etc.

Funksjoner av biologiske membraner følgende:

Skille innholdet i cellen fra eksternt miljø og innholdet av organeller fra cytoplasmaet.

De sørger for transport av stoffer inn og ut av cellen, fra cytoplasma til organeller og omvendt.

Fungerer som reseptorer (mottar og omdanner kjemikalier fra miljøet, gjenkjenner cellestoffer osv.).

De er katalysatorer (som sørger for kjemiske prosesser nær membran).

Delta i energikonvertering.

Membraner utfører et stort antall forskjellige funksjoner:

membraner bestemmer formen til en organell eller celle;

barriere: kontroller sentralen løselige stoffer(for eksempel Na +, K +, Cl - ioner) mellom de indre og ytre avdelingene;

energi: ATP-syntese på de indre membranene i mitokondrier og fotosyntese i membranene til kloroplaster; danne en overflate for flyt kjemiske reaksjoner(fosforylering på mitokondriemembraner);

er en struktur som sikrer gjenkjennelse av kjemiske signaler (hormon- og nevrotransmitterreseptorer er plassert på membranen);

spille en rolle i intercellulær interaksjon og fremme cellebevegelse.

Transport gjennom membranen. Membranen har selektiv permeabilitet for løselige stoffer, som er nødvendig for:

separasjon av cellen fra det ekstracellulære miljøet;

sikre penetrasjon inn i cellen og retensjon av nødvendige molekyler (som lipider, glukose og aminosyrer), samt fjerning av metabolske produkter (inkludert unødvendige) fra cellen;

opprettholde en transmembran ionegradient.

Intracellulære organeller kan også ha en selektivt permeabel membran. For eksempel, i lysosomer opprettholder membranen en konsentrasjon av hydrogenioner (H+) 1000-10000 ganger høyere enn i cytosolen.

Transport over membranen kan være passiv, lettet eller aktiv.

Passiv transport- dette er bevegelsen av molekyler eller ioner langs en konsentrasjon eller elektrokjemisk gradient. Dette kan være enkel diffusjon, som ved penetrering av gasser (for eksempel O 2 og CO 2) eller enkle molekyler (etanol) gjennom plasmamembranen. Ved enkel diffusjon blir små molekyler oppløst i den ekstracellulære væsken suksessivt oppløst i membranen og deretter i den intracellulære væsken. Denne prosessen er uspesifikk, og penetrasjonshastigheten gjennom membranen bestemmes av graden av hydrofobitet til molekylet, det vil si fettløseligheten. Diffusjonshastigheten gjennom lipid-dobbeltlaget er direkte proporsjonal med hydrofobicitet så vel som til traneller elektrokjemisk gradient.

Tilrettelagt diffusjon er den raske bevegelsen av molekyler over en membran av spesifikke membranproteiner kalt permeaser. Denne prosessen er spesifikk, den går raskere enn enkel diffusjon, men har en transporthastighetsbegrensning.

Tilrettelagt diffusjon er vanligvis karakteristisk for vannløselige stoffer. De fleste (om ikke alle) membrantransportører er proteiner. Den spesifikke mekanismen for transportørfunksjon under tilrettelagt diffusjon er ikke tilstrekkelig studert. De kan for eksempel formidle transport ved rotasjonsbevegelse i membranen. I I det siste Det har dukket opp informasjon om at bærerproteiner, ved kontakt med det transporterte stoffet, endrer konformasjonen, som et resultat av at en slags "port" eller kanal åpner seg i membranen. Disse endringene skjer på grunn av energien som frigjøres når det transporterte stoffet binder seg til proteinet. Relé-type overføringer er også mulig. I dette tilfellet forblir selve bæreren ubevegelig, og ionene migrerer langs den fra en hydrofil binding til en annen.

Antibiotikumet gramicidin kan tjene som modell for denne typen vektorer. I lipidlaget av membranen tar det lange lineære molekylet form av en helix og danner en hydrofil kanal som K-ionet kan migrere gjennom langs en gradient.

Eksperimentelle bevis har blitt innhentet for eksistensen av naturlige kanaler i biologiske membraner. Transportproteiner er svært spesifikke for stoffet som transporteres gjennom membranen, og ligner enzymer i mange egenskaper. De utviser større følsomhet for pH, hemmes konkurrerende av forbindelser som i struktur ligner det transporterte stoffet, og ikke-konkurrerende av midler som endrer spesifikt funksjonelle grupper av proteiner.

Tilrettelagt diffusjon skiller seg fra vanlig diffusjon ikke bare i hastighet, men også i sin evne til å mette. Økningen i overføringshastigheten av stoffer skjer proporsjonalt med økningen i konsentrasjonsgradienten bare opp til visse grenser. Sistnevnte bestemmes av "kraften" til transportøren.

Aktiv transport er bevegelsen av ioner eller molekyler over en membran mot en konsentrasjonsgradient på grunn av energien til ATP-hydrolyse. Det er tre hovedtyper av aktiv ionetransport:

natrium-kalium pumpe - Na + /K + -adenosintrifosfatase (ATPase), som transporterer Na + ut og K + inn;

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

protonpumpe - H + -ATPase. Ionegradientene skapt av aktiv transport kan brukes til aktiv transport av andre molekyler, som noen aminosyrer og sukker (sekundær aktiv transport).

Samtransport er transport av et ion eller molekyl kombinert med overføring av et annet ion. Importer- samtidig overføring av begge molekylene i en retning; antiport- samtidig overføring av begge molekylene til motsatte retninger. Hvis transport ikke er forbundet med overføring av et annet ion, kalles denne prosessen uniport. Samtransport er mulig både under tilrettelagt diffusjon og under aktiv transport.

Glukose kan transporteres ved tilrettelagt diffusjon ved bruk av symport-typen. Cl - og HCO 3 - ioner transporteres over den røde blodcellemembranen ved tilrettelagt diffusjon av en bærer kalt bånd 3, en antiporttype. I dette tilfellet overføres Cl - og HCO 3 - i motsatte retninger, og overføringsretningen bestemmes av den rådende konsentrasjonsgradienten.

Aktiv transport av ioner mot en konsentrasjonsgradient krever energi som frigjøres under hydrolysen av ATP til ADP: ATP ADP + P (uorganisk fosfat). Aktiv transport, så vel som tilrettelagt diffusjon, er preget av: spesifisitet, begrensning av maksimal hastighet (det vil si at den kinetiske kurven når et platå) og tilstedeværelsen av inhibitorer. Et eksempel er den primære aktive transporten utført av Na + /K + - ATPase. For at dette enzymantiportsystemet skal fungere, er tilstedeværelsen av Na +, K + og magnesiumioner nødvendig. Det er tilstede i praktisk talt alle dyreceller, og konsentrasjonen er spesielt høy i eksiterbare vev (for eksempel nerver og muskler) og i celler som mottar Aktiv deltakelse i bevegelse utført av Na + over plasmamembranen (for eksempel i nyrebarken og spyttkjertlene).

ATPase-enzymet i seg selv er en oligomer som består av 2 -subenheter på 110 kDa og 2 glykoprotein-subenheter på 55 kDa hver.. under hydrolysen av ATP skjer reversibel fosforylering av en viss aspartatrest på -subenheten med dannelse av -aspartamyl fosfat.. Fosforylering krever Na+ og Mg 2+, men ikke K+, mens defosforylering krever K+, men ikke Na+ eller Mg 2+. Det er beskrevet to konformasjonstilstander av proteinkomplekset med forskjellige energinivåer, som vanligvis betegnes E 1 og E 2, derfor kalles ATPase også type E vektor 1 - E 2 . Hjerteglykosider, f.eks. digoksin Og ouabain, hemmer ATPase-aktivitet, på grunn av sin utmerkede løselighet i vann, er mye brukt i eksperimentelle studier for å studere natriumpumpen.

Den generelt aksepterte ideen om hvordan Na + /K + - ATPase fungerer er som følger. Na- og ATP-ioner slutter seg til ATPase-molekylet i nærvær av Mg 2+. Bindingen av Na-ioner utløser hydrolysereaksjonen av ATP, som resulterer i dannelsen av ADP og den fosforylerte formen av enzymet. Fosforylering induserer en overgang av det enzymatiske proteinet til en ny konformasjonstilstand og den eller de Na-bærende regionene blir utsatt for det ytre miljøet. Her byttes Na + ut med K +, siden den fosforylerte formen av enzymet er preget av høy affinitet for K-ioner. Den omvendte overgangen til enzymet til dets opprinnelige konformasjon initieres av den hydrolytiske elimineringen av fosforylgruppen i formen. av uorganisk fosfat og er ledsaget av frigjøring av K + inn i det indre rom av cellen. Det defosforylerte aktive stedet til enzymet er i stand til å feste et nytt ATP-molekyl, og syklusen gjentas.

Mengdene av K- og Na-ioner som kommer inn i cellen som følge av pumpen er ikke like. For tre fjernede Na-ioner er det to introduserte K-ioner med samtidig hydrolyse av ett ATP-molekyl. Åpningen og lukkingen av kanalen på motsatte sider av membranen og den vekslende endringen i effektiviteten til Na- og K-binding er gitt av energien til ATP-hydrolyse. De transporterte ionene - Na og K - er kofaktorer for denne enzymatiske reaksjonen. Teoretisk sett er det mulig å forestille seg en rekke pumper som opererer etter dette prinsippet, selv om bare noen få av dem er kjent for øyeblikket.

Glukosetransport. Glukosetransport kan forekomme etter type enten tilrettelagt diffusjon eller aktiv transport, og i det første tilfellet fortsetter den som uniport, i det andre - som symport. Glukose kan transporteres inn i røde blodceller ved forenklet diffusjon. Michaelis-konstanten (Km) for glukosetransport til røde blodceller er omtrent 1,5 mmol/L (det vil si ved denne glukosekonsentrasjonen vil omtrent 50 % av de tilgjengelige permeasemolekylene være bundet til glukosemolekyler). Siden konsentrasjonen av glukose i humant blod er 4-6 mmol/l, skjer absorpsjonen av røde blodlegemer nesten umiddelbart topphastighet. Spesifisiteten til permeasen er allerede manifestert i det faktum at L-isomeren nesten ikke transporteres inn i erytrocytter, i motsetning til D-galaktose og D-mannose, men høyere konsentrasjoner kreves for å oppnå halvmetning av transportsystemet. Når den er inne i cellen, gjennomgår glukose fosforylering og er ikke lenger i stand til å forlate cellen. Glukosepermease kalles også D-heksosepermease. Det er et integrert membranprotein med en molekylvekt på 45 kDa.

Glukose kan også transporteres med Na+ -avhengig system symport funnet i plasmamembranene til en rekke vev, inkludert nyretubuli og tarmepitel. I dette tilfellet transporteres ett glukosemolekyl ved tilrettelagt diffusjon mot konsentrasjonsgradienten, og ett Na-ion transporteres langs konsentrasjonsgradienten. Hele systemet fungerer til slutt gjennom pumpefunksjonen til Na + /K + - ATPase. Dermed er symport et sekundært aktivt transportsystem. Aminosyrer transporteres på lignende måte.

Ca 2+ pumpe er et aktivt transportsystem av typen E 1 - E 2, bestående av et integrert membranprotein, som under overføringen av Ca 2+ blir fosforylert ved aspartatresten. Under hydrolysen av hvert ATP-molekyl overføres to Ca 2+ ioner. I eukaryote celler kan Ca 2+ binde seg til et kalsiumbindende protein kalt kalmodulin, og hele komplekset binder seg til Ca 2+ pumpen. Ca2+-bindende proteiner inkluderer også troponin C og parvalbumin.

Ca-ioner, som Na-ioner, fjernes aktivt fra cellene ved Ca 2+ -ATPase. Membranene i det endoplasmatiske retikulum inneholder spesielt store mengder kalsiumpumpeprotein. Kjeden av kjemiske reaksjoner som fører til ATP-hydrolyse og Ca 2+-overføring kan skrives i form av følgende ligninger:

2Ca n + ATP + E 1 Ca 2 - E - P + ADP

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

Hvor ligger San - Ca2+ utenfor;

Ca ext - Ca 2+ plassert inne;

E 1 og E 2 er forskjellige konformasjoner av transportørenzymet, hvis overgang fra den ene til den andre er assosiert med bruken av ATP-energi.

Systemet for aktiv fjerning av H + fra cytoplasmaet støttes av to typer reaksjoner: aktiviteten til elektrontransportkjeden (redokskjeden) og ATP-hydrolyse. Både redoks- og hydrolytiske H+-pumper er plassert i membraner som er i stand til å omdanne lys eller kjemisk energi til H+-energi (det vil si plasmamembranene til prokaryoter, de konjugerende membranene til kloroplaster og mitokondrier). Som et resultat av arbeidet med H + ATPase og/eller redokskjeden, translokeres protoner, og en protonmotivkraft (H +) vises på membranen. Den elektrokjemiske gradienten til hydrogenioner, som studier viser, kan brukes til koblet transport (sekundær aktiv transport) stort nummer metabolitter - anioner, aminosyrer, sukker, etc.

Assosiert med aktiviteten til plasmamembranen er de som sikrer absorpsjon av faste og flytende stoffer med stor molekylvekt av cellen, - fagocytose Og pinocytose(fra Gerch. fagos- Det er , pinos- drikke, cytos- celle). Cellemembranen danner lommer, eller invaginasjoner, som trekker inn stoffer fra utsiden. Deretter løsnes slike invaginasjoner og omgir en dråpe av det ytre miljø (pinocytose) eller faste partikler (fagocytose) med en membran. Pinocytose er observert i et bredt utvalg av celler, spesielt i de organene der absorpsjonsprosesser forekommer.

Utsiden av buret er dekket plasmamembran(eller ytre cellemembran) ca. 6-10 nm tykk.

Cellemembranen er en tett film av proteiner og lipider (hovedsakelig fosfolipider). Lipidmolekyler er ordnet på en ryddig måte - vinkelrett på overflaten, i to lag, slik at deres deler som interagerer intensivt med vann (hydrofile) er rettet utover, og deres deler inerte mot vann (hydrofob) er rettet innover.

Proteinmolekyler er lokalisert i et ikke-kontinuerlig lag på overflaten av lipidrammeverket på begge sider. Noen av dem er nedsenket i lipidlaget, og noen passerer gjennom det og danner områder som er gjennomtrengelige for vann. Disse proteinene utfører ulike funksjoner - noen av dem er enzymer, andre er transportproteiner som er involvert i overføringen av visse stoffer fra miljøet til cytoplasmaet og i motsatt retning.

Grunnleggende funksjoner til cellemembranen

En av hovedegenskapene til biologiske membraner er selektiv permeabilitet (semi-permeabilitet)- noen stoffer passerer gjennom dem med vanskeligheter, andre lett og til og med mot høyere konsentrasjoner. Dermed er konsentrasjonen av Na-ioner inne i de fleste celler betydelig lavere enn i miljøet. Det motsatte forholdet er typisk for K-ioner: deres konsentrasjon inne i cellen er høyere enn utenfor. Derfor har Na-ioner alltid en tendens til å trenge inn i cellen, og K-ioner har alltid en tendens til å gå ut. Utjevningen av konsentrasjonene av disse ionene forhindres av tilstedeværelsen i membranen av et spesielt system som spiller rollen som en pumpe, som pumper Na-ioner ut av cellen og samtidig pumper K-ioner inn.

Tendensen til Na-ioner til å bevege seg fra utsiden til innsiden brukes til å transportere sukker og aminosyrer inn i cellen. Med aktiv fjerning av Na-ioner fra cellen skapes betingelser for inntreden av glukose og aminosyrer i den.

I mange celler absorberes stoffer også ved fagocytose og pinocytose. På fagocytose den fleksible ytre membranen danner en liten fordypning som den fangede partikkelen faller ned i. Denne fordypningen øker, og, omgitt av en del av den ytre membranen, er partikkelen nedsenket i cellens cytoplasma. Fenomenet fagocytose er karakteristisk for amøber og noen andre protozoer, samt leukocytter (fagocytter). Celler absorberer væsker som inneholder stoffer som er nødvendige for cellen på lignende måte. Dette fenomenet ble kalt pinocytose.

De ytre membranene til forskjellige celler varierer betydelig både i den kjemiske sammensetningen av deres proteiner og lipider, og i deres relative innhold. Det er disse funksjonene som bestemmer mangfoldet i den fysiologiske aktiviteten til membranene til forskjellige celler og deres rolle i livet til celler og vev.

Tilknyttet den ytre membranen endoplasmatisk retikulum celler. Ved hjelp av ytre membraner utføres de Forskjellige typer intercellulære kontakter, dvs. kommunikasjon mellom individuelle celler.

Mange typer celler er preget av tilstedeværelsen på overflaten stor kvantitet fremspring, folder, mikrovilli. De bidrar til både en betydelig økning i celleoverflate og forbedret metabolisme, samt sterkere forbindelser mellom individuelle celler og hverandre.

Planteceller har tykke membraner på utsiden av cellemembranen, godt synlig under et optisk mikroskop, bestående av fiber (cellulose). De gir en sterk støtte plantevev(tre).

Noen dyreceller har også en rekke ytre strukturer, plassert på toppen av cellemembranen og har en beskyttende natur. Et eksempel er kitinet fra insektintegumentære celler.

Funksjoner av cellemembranen (kort)

Funksjon	Beskrivelse
Beskyttende barriere	Separerer indre celleorganeller fra det ytre miljøet
Regulatorisk	Regulerer metabolismen mellom det indre innholdet i cellen og det ytre miljøet
Avgrensing (oppdeling)	Inndeling av cellens indre rom i uavhengige blokker (rom)
Energi	- Energiakkumulering og transformasjon; - lette reaksjoner av fotosyntese i kloroplaster; - Absorpsjon og sekresjon.
Reseptor (informasjon)	Deltar i dannelsen av opphisselse og dens oppførsel.
Motor	Utfører bevegelsen av cellen eller dens individuelle deler.

Blant Hovedfunksjonene til cellemembranen kan skilles ut: barriere, transport, enzym og reseptor. Den cellulære (biologiske) membranen (også kjent som plasmalemma, plasma eller cytoplasmatisk membran) beskytter innholdet i cellen eller dens organeller fra miljøet, gir selektiv permeabilitet for stoffer, enzymer er plassert på den, samt molekyler som kan "fange ” ulike kjemiske og fysiske signaler.

Denne funksjonaliteten er sikret av den spesielle strukturen til cellemembranen.

I utviklingen av livet på jorden kunne en celle vanligvis bare dannes etter at det dukket opp en membran, som separerte og stabiliserte det indre innholdet og forhindret dem i å gå i oppløsning.

Når det gjelder å opprettholde homeostase (selvregulering av relativ konstanthet Internt miljø) barrierefunksjonen til cellemembranen er nært knyttet til transport.

Små molekyler er i stand til å passere gjennom plasmalemmaet uten noen "hjelpere", langs en konsentrasjonsgradient, det vil si fra et område med høy konsentrasjon av et gitt stoff til et område med lav konsentrasjon. Dette er for eksempel tilfellet for gasser involvert i respirasjon. Oksygen og karbondioksid diffundere gjennom cellemembranen i retningen der konsentrasjonen deres er i dette øyeblikket mindre.

Siden membranen for det meste er hydrofob (på grunn av lipiddobbeltlaget), kan polare (hydrofile) molekyler, selv små, ofte ikke trenge gjennom den. Derfor fungerer en rekke membranproteiner som bærere av slike molekyler, binder seg til dem og transporterer dem gjennom plasmalemmaet.

Integrerte (membrangjennomtrengende) proteiner opererer ofte etter prinsippet om å åpne og lukke kanaler. Når et molekyl nærmer seg et slikt protein, kombineres det med det, og kanalen åpnes. Dette eller et annet stoff passerer gjennom proteinkanalen, hvoretter konformasjonen endres, og kanalen lukker seg for dette stoffet, men kan åpnes for å tillate passasje av en annen. Natrium-kalium-pumpen fungerer på dette prinsippet, pumper kaliumioner inn i cellen og pumper natriumioner ut av den.

Enzymatisk funksjon av cellemembranen V i større grad implementert på membranene til celleorganeller. De fleste proteiner syntetisert i cellen utfører en enzymatisk funksjon. "Sitter" på membranen i i en bestemt rekkefølge, organiserer de et transportbånd ettersom produktet av en reaksjon katalysert av ett enzymprotein går videre til det neste. Denne "transportøren" stabiliseres av overflateproteiner i plasmalemmaet.

Til tross for universaliteten til strukturen til alle biologiske membraner (de er bygget i henhold til et enkelt prinsipp, nesten identiske i alle organismer og i forskjellige membrancellestrukturer), de kjemisk oppbygning kan fortsatt variere. Det er mer flytende og mer faste, noen har mer av visse proteiner, andre har mindre. I tillegg er de forskjellige forskjellige sider(intern og ekstern) av samme membran.

Membranen som omgir cellen (cytoplasmatisk) på utsiden har mange karbohydratkjeder knyttet til lipider eller proteiner (noe som resulterer i dannelse av glykolipider og glykoproteiner). Mange av disse karbohydratene tjener reseptor funksjon, som er mottakelig for visse hormoner, oppdager endringer i fysiske og kjemiske indikatorer i miljøet.

Hvis for eksempel et hormon kobles til sin cellulære reseptor, så endrer karbohydratdelen av reseptormolekylet sin struktur, etterfulgt av en endring i strukturen til den tilhørende proteindelen som trenger inn i membranen. På neste trinn startes eller suspenderes forskjellige biokjemiske reaksjoner i cellen, det vil si at metabolismen endres, og den cellulære responsen på "stimulus" begynner.

I tillegg til de oppførte fire funksjonene til cellemembranen, skilles også andre ut: matrise, energi, markering, dannelse av intercellulære kontakter osv. De kan imidlertid betraktes som "underfunksjoner" av de som allerede er vurdert.