Millistel rakulistel organismidel on membraani struktuur. Milliseid funktsioone täidab raku välimine membraan? Välise rakumembraani struktuur

Lühike kirjeldus:

Sazonov V.F. 1_1 Rakumembraani struktuur [Elektrooniline ressurss] // Kinesioloog, 2009-2018: [veebisait]. Värskendamise kuupäev: 02/06/2018..__.201_). _Kirjeldatakse rakumembraani ehitust ja talitlust (sünonüümid: plasmalemma, plasmalemma, biomembraan, rakumembraan, rakuväline membraan, rakumembraan, tsütoplasmaatiline membraan). See alginformatsioon on vajalik nii tsütoloogiaks kui ka närvitegevuse protsesside mõistmiseks: närviline erutus, inhibeerimine, sünapside ja sensoorsete retseptorite talitlus.

Rakumembraan (plasma) A lemma või plasma O lemma)

Mõiste definitsioon

Rakumembraan (sünonüümid: plasmalemma, plasmalemma, tsütoplasmaatiline membraan, biomembraan) on kolmekordne lipoproteiini (s.o “rasvvalk”) membraan, mis eraldab raku keskkonnast ning teostab kontrollitud vahetust ja sidet raku ja selle keskkonna vahel.

Selle määratluse puhul pole peamine mitte see, et membraan eraldaks rakku keskkonnast, vaid just see, et see ühendab rakk keskkonnaga. Membraan on aktiivne raku struktuur, see töötab pidevalt.

Bioloogiline membraan on üliõhuke bimolekulaarne fosfolipiidide kile, mis on kaetud valkude ja polüsahhariididega. See rakustruktuur on elusorganismi barjääri, mehaaniliste ja maatriksiomaduste aluseks (Antonov V.F., 1996).

Membraani kujundlik kujutis

Minu jaoks näeb rakumembraan välja nagu võretaed, milles on palju uksi ja mis ümbritseb teatud territooriumi. Iga väike elusolend võib läbi selle aia vabalt edasi-tagasi liikuda. Kuid suuremad külastajad pääsevad sisse ainult ustest ja ka siis mitte kõigist ustest. Erinevatel külastajatel on võtmed ainult oma uste juurde ja võõraste uste kaudu nad ei pääse. Nii et läbi selle aia liiguvad pidevalt külastajad edasi-tagasi, sest membraanaia põhiülesanne on kahekordne: eraldada territoorium ümbritsevast ruumist ja samas ühendada see ümbritseva ruumiga. Seetõttu on aias palju auke ja uksi - !

Membraani omadused

1. Läbilaskvus.

2. Poolläbilaskvus (osaline läbilaskvus).

3. Valikuline (sünonüüm: selektiivne) läbilaskvus.

4. Aktiivne läbilaskvus (sünonüüm: aktiivne transport).

5. Kontrollitud läbilaskvus.

Nagu näete, on membraani peamine omadus selle läbilaskvus erinevatele ainetele.

6. Fagotsütoos ja pinotsütoos.

7. Eksotsütoos.

8. Elektriliste ja keemiliste potentsiaalide olemasolu või õigemini potentsiaalide erinevus membraani sise- ja väliskülje vahel. Piltlikult võib nii öelda "membraan muudab elemendi "elektripatareiks", kontrollides ioonivoogusid". Üksikasjad: .

9. Elektrilise ja keemilise potentsiaali muutused.

10. Ärrituvus. Membraanil paiknevad spetsiaalsed molekulaarsed retseptorid võivad ühenduda signaal- (kontroll)ainetega, mille tulemusena võib muutuda membraani ja kogu raku seisund. Molekulaarsed retseptorid käivitavad biokeemilisi reaktsioone vastusena ligandide (kontrollainete) seostele nendega. Oluline on tähele panna, et signaalaine mõjub retseptorile väljastpoolt ning muutused jätkuvad raku sees. Selgub, et membraan edastas informatsiooni keskkonnast raku sisekeskkonda.

11. Katalüütiline ensümaatiline aktiivsus. Ensüümid võivad olla põimitud membraani või olla seotud selle pinnaga (nii raku sees kui ka väljaspool) ja seal teostavad nad oma ensümaatilist tegevust.

12. Pinna kuju ja selle pindala muutmine. See võimaldab membraanil moodustada väljakasvu väljapoole või, vastupidi, rakku sissetungi.

13. Võimalus luua kontakte teiste rakumembraanidega.

14. Adhesioon – võime kleepuda kõvadele pindadele.

Membraani omaduste lühike loetelu

• Läbilaskvus.
• Endotsütoos, eksotsütoos, transtsütoos.
• Potentsiaalid.
• Ärrituvus.
• Ensüümide aktiivsus.
• Kontaktid.
• Adhesioon.

Membraani funktsioonid

1. Sisemise sisu mittetäielik isoleerimine väliskeskkonnast.

2. Rakumembraani toimimises on peamine vahetada mitmesugused ained raku ja rakkudevahelise keskkonna vahel. Selle põhjuseks on membraani läbilaskvus. Lisaks reguleerib membraan seda vahetust, reguleerides selle läbilaskvust.

3. Teine oluline membraani funktsioon on keemiliste ja elektriliste potentsiaalide erinevuse tekitamine selle sise- ja väliskülje vahel. Tänu sellele on raku sisemus negatiivne elektripotentsiaal - .

4. Membraan teostab ka teabevahetus raku ja selle keskkonna vahel. Spetsiaalsed molekulaarsed retseptorid, mis asuvad membraanil, võivad seostuda kontrollainetega (hormoonid, vahendajad, modulaatorid) ja käivitada rakus biokeemilisi reaktsioone, mis toovad kaasa erinevaid muutusi raku funktsioneerimises või selle struktuurides.

Video:Rakumembraani struktuur

Videoloeng:Üksikasjad membraani struktuuri ja transpordi kohta

Membraani struktuur

Rakumembraanil on universaalne kolmekihiline struktuur. Selle keskmine rasvakiht on pidev ning ülemine ja alumine valgukiht katab seda eraldi valgupiirkondade mosaiigi kujul. Rasvakiht on alus, mis tagab raku isolatsiooni keskkonnast, isoleerides selle keskkonnast. Iseenesest laseb see vees lahustuvatel ainetel väga halvasti läbi, kuid rasvlahustuvatel ainetel kergesti läbi. Seetõttu tuleb membraani läbilaskvus vees lahustuvatele ainetele (näiteks ioonidele) tagada spetsiaalsete valgustruktuuridega - ja.

Allpool on elektronmikroskoobi abil saadud kontaktrakkude tegelike rakumembraanide mikropildid, samuti skemaatiline joonis, mis näitab membraani kolmekihilist struktuuri ja selle valgukihtide mosaiiksust. Pildi suurendamiseks klõpsake sellel.

Eraldi pilt rakumembraani sisemisest lipiidide (rasva) kihist, mis on läbi imbunud integreeritud manustatud valkudega. Ülemine ja alumine valgukiht on eemaldatud, et mitte segada lipiidide kaksikkihi vaatamist

Joonis ülal: Vikipeedias toodud rakumembraani (rakumembraani) osaline skemaatiline kujutis.

Pange tähele, et siin on membraanilt eemaldatud välimine ja sisemine valgukiht, et saaksime paremini näha keskmist rasvlipiidide kaksikkihti. Päris rakumembraanis hõljuvad rasvkile kohal ja all suured valgusaared (joonisel väikesed pallid) ning membraan osutub paksemaks, kolmekihiliseks: valk-rasv-valk . Nii et see on tegelikult nagu võileib kahest proteiinist "leivatükist", mille keskel on rasvane "või" kiht, st. on kolmekihiline struktuur, mitte kahekihiline.

Sellel pildil vastavad väikesed sinised ja valged pallid lipiidide hüdrofiilsetele (märgutavatele) "peadele" ja nende külge kinnitatud "nöörid" vastavad hüdrofoobsetele (mittemärgutavatele) "sabadele". Valkudest on näidatud ainult terviklikud ots-otsa membraanivalgud (punased gloobulid ja kollased heliksid). Kollased ovaalsed täpid membraani sees on kolesterooli molekulid.Kollakasrohelised helmeste ahelad membraani välisküljel on oligosahhariidide ahelad, mis moodustavad glükokalüksi. Glükokalüks on membraanil olev süsivesikute (“suhkru”) “kohvik”, mis moodustub sellest välja paistvatest pikkadest süsivesikute-valgu molekulidest.

Elu on väike “valgu-rasva kotike”, mis on täidetud poolvedela tarretiselaadse sisuga, mis on läbi imbunud kilede ja torudega.

Selle koti seinad moodustab topeltrasv (lipiid) kile, mis on seest ja väljast kaetud valkudega - rakumembraaniga. Seetõttu ütlevad nad, et membraanil on kolmekihiline struktuur : valgud-rasv-valgud. Raku sees on ka palju sarnaseid rasvmembraane, mis jagavad selle siseruumi osadeks. Samad membraanid ümbritsevad rakulisi organelle: tuum, mitokondrid, kloroplastid. Seega on membraan universaalne molekulaarstruktuur, mis on ühine kõigile rakkudele ja kõigile elusorganismidele.

Vasakul pole enam reaalne, vaid kunstlik bioloogilise membraani tüki mudel: see on hetkeline pilt rasvfosfolipiidide kaksikkihist (st topeltkihist) selle molekulaarse dünaamika simulatsiooni protsessis. Näidatud on mudeli arvutuslahter - 96 PC molekuli ( f osfatidüül X olina) ja 2304 veemolekuli, kokku 20544 aatomit.

Paremal on visuaalne mudel sama lipiidi ühest molekulist, millest on kokku pandud membraani lipiidide kaksikkiht. Ülaosas on tal hüdrofiilne (vett armastav) pea ja allosas on kaks hüdrofoobset (vettkartvat) saba. Sellel lipiidil on lihtne nimi: 1-steroüül-2-dokosaheksaenoüül-Sn-glütsero-3-fosfatidüülkoliin (18:0/22:6(n-3)cis PC), kuid te ei pea seda meeles pidama, kui te just pole. kavatsete oma õpetaja oma teadmiste sügavusega minestada.

Raku täpsema teadusliku määratluse saab anda:

on järjestatud, struktureeritud, heterogeenne biopolümeeride süsteem, mis on piiratud aktiivse membraaniga, osaledes ühtses metaboolsetes, energia- ja infoprotsessides ning ühtlasi säilitades ja taastootes kogu süsteemi tervikuna.

Ka raku sees on membraanidega läbi imbunud ning membraanide vahel ei ole mitte vesi, vaid muutuva tihedusega viskoosne geel/sool. Seetõttu ei hõlju rakus interakteeruvad molekulid vabalt, nagu vesilahusega katseklaasis, vaid istuvad (immobiliseerituna) enamasti tsütoskeleti või rakusiseste membraanide polümeerstruktuuridel. Keemilised reaktsioonid toimuvad seetõttu raku sees peaaegu justkui tahkes, mitte vedelikus. Rakku ümbritsev välismembraan on samuti vooderdatud ensüümide ja molekulaarsete retseptoritega, mistõttu on see raku väga aktiivne osa.

Rakumembraan (plasmalemma, plasmolemma) on aktiivne membraan, mis eraldab raku keskkonnast ja ühendab selle keskkonnaga. © Sazonov V.F., 2016.

Sellest membraani määratlusest järeldub, et see mitte ainult ei piira rakku, vaid aktiivselt töötamas, ühendades selle keskkonnaga.

Membraanid moodustav rasv on eriline, seetõttu nimetatakse selle molekule tavaliselt mitte lihtsalt rasvaks, vaid "lipiidid", "fosfolipiidid", "sfingolipiidid". Membraankile on kahekordne, see tähendab, et see koosneb kahest kokkukleepunud kilest. Seetõttu kirjutavad nad õpikutes, et rakumembraani alus koosneb kahest lipiidikihist (või " kahekihiline", st kahekihiline). Iga üksiku lipiidikihi puhul võib ühte poolt veega niisutada, aga teist mitte. Seega kleepuvad need kiled üksteise külge täpselt oma mittemärguvate külgedega.

Bakterite membraan

Gramnegatiivsete bakterite prokarüootne rakusein koosneb mitmest kihist, mis on näidatud alloleval joonisel.
Gramnegatiivsete bakterite kesta kihid:
1. Sisemine kolmekihiline tsütoplasmaatiline membraan, mis on kontaktis tsütoplasmaga.
2. Rakusein, mis koosneb mureiinist.
3. Välimine kolmekihiline tsütoplasmaatiline membraan, millel on samasugune lipiidide süsteem valgukompleksidega nagu sisemembraan.
Gramnegatiivsete bakterirakkude suhtlemine välismaailmaga sellise keeruka kolmeastmelise struktuuri kaudu ei anna neile eelist karmides tingimustes ellujäämisel võrreldes grampositiivsete bakteritega, millel on vähem võimas membraan. Samuti ei talu nad kõrgeid temperatuure, suurenenud happesust ja rõhumuutusi.

Videoloeng:Plasma membraan. E.V. Cheval, Ph.D.

Videoloeng:Membraan kui rakupiir. A. Iljaskin

Membraani ioonkanalite tähtsus

On lihtne mõista, et läbi membraani rasvakile võivad rakku tungida ainult rasvlahustuvad ained. Need on rasvad, alkoholid, gaasid. Näiteks punastes verelibledes liiguvad hapnik ja süsinikdioksiid kergesti sisse ja välja otse läbi membraani. Kuid vesi ja vees lahustuvad ained (näiteks ioonid) lihtsalt ei pääse läbi membraani ühtegi rakku. See tähendab, et nad vajavad spetsiaalseid auke. Aga kui teed rasvakilesse lihtsalt augu, siis sulgub see kohe tagasi. Mida teha? Looduses leiti lahendus: on vaja teha spetsiaalsed valgu transpordistruktuurid ja venitada need läbi membraani. Täpselt nii moodustuvad kanalid rasvlahustuvate ainete läbimiseks – rakumembraani ioonikanalid.

Seega, et anda oma membraanile polaarsetele molekulidele (ioonid ja vesi) täiendavaid läbilaskvusomadusi, sünteesib rakk tsütoplasmas spetsiaalseid valke, mis seejärel integreeritakse membraani. Neid on kahte tüüpi: transpordivalgud (näiteks transpordi ATPaasid) ja kanaleid moodustavad valgud (kanaliehitajad). Need valgud on põimitud membraani rasvasesse kaksikkihti ja moodustavad transportstruktuure transporterite või ioonkanalite kujul. Erinevad vees lahustuvad ained, mis muidu ei saa rasvmembraani kilet läbida, võivad nüüd neid transpordistruktuure läbida.

Üldiselt nimetatakse ka membraani sisseehitatud valke lahutamatu, just sellepärast, et need näivad olevat membraanis sisalduvad ja tungivad sellest läbi. Teised valgud, mis ei ole lahutamatud, moodustavad justkui saarekesi, mis "ujuvad" membraani pinnal: kas selle välispinnal või sisepinnal. Kõik teavad ju, et rasv on hea määrdeaine ja sellest on lihtne üle libiseda!

järeldused

1. Üldiselt osutub membraan kolmekihiliseks:

1) välimine valgu "saarte" kiht,

2) rasvane kahekihiline “meri” (lipiidne kaksikkiht), s.o. topeltlipiidkile,

3) valgu "saarte" sisemine kiht.

Kuid on ka lahtine välimine kiht - glükokalüks, mille moodustavad membraanist väljaulatuvad glükoproteiinid. Need on molekulaarsed retseptorid, millega seonduvad signaaliülekande kontrollained.

2. Membraanisse on ehitatud spetsiaalsed valgustruktuurid, mis tagavad selle läbilaskvuse ioonidele või teistele ainetele. Me ei tohi unustada, et mõnes kohas on rasvameri läbi ja lõhki integreeritud valkudega. Ja just integraalsed valgud moodustavad erilise transpordistruktuurid rakumembraan (vt lõik 1_2 Membraani transpordimehhanismid). Nende kaudu satuvad ained rakku ja eemaldatakse ka rakust väljapoole.

3. Membraani mis tahes poolel (välimisel ja sisemisel), samuti membraani sees võivad paikneda ensüümvalgud, mis mõjutavad nii membraani enda seisundit kui ka kogu raku eluiga.

Seega on rakumembraan aktiivne, muutuv struktuur, mis töötab aktiivselt kogu raku huvides ja ühendab seda välismaailmaga, mitte ainult "kaitsekest". See on kõige olulisem asi, mida peate rakumembraani kohta teadma.

Meditsiinis kasutatakse membraanivalke sageli ravimite "sihtmärkidena". Sellised sihtmärgid hõlmavad retseptoreid, ioonikanaleid, ensüüme ja transpordisüsteeme. Viimasel ajal on ravimite sihtmärgiks saanud lisaks membraanile ka raku tuumas peidetud geenid.

Video:Sissejuhatus rakumembraani biofüüsikasse: membraani struktuur 1 (Vladimirov Yu.A.)

Video:Rakumembraani ajalugu, struktuur ja funktsioonid: Membraani struktuur 2 (Vladimirov Yu.A.)

© 2010-2018 Sazonov V.F., © 2010-2016 kineziolog.bodhy.

Rakumembraan - molekulaarstruktuur, mis koosneb lipiididest ja valkudest. Selle peamised omadused ja funktsioonid:

• mis tahes raku sisu eraldamine väliskeskkonnast, tagades selle terviklikkuse;
• keskkonna ja raku vahelise vahetuse kontrollimine ja loomine;
• rakusisesed membraanid jagavad raku spetsiaalseteks sektsioonideks: organellideks või sektsioonideks.

Sõna "membraan" tähendab ladina keeles "kile". Kui me räägime rakumembraanist, siis see on kombinatsioon kahest kilest, millel on erinevad omadused.

Bioloogiline membraan sisaldab kolme tüüpi valke:

1. Perifeerne – asub kile pinnal;
2. Integraalne – tungib täielikult läbi membraani;
3. Poolintegraalne - üks ots tungib bilipiidkihti.

Milliseid funktsioone rakumembraan täidab?

1. Rakusein on vastupidav rakumembraan, mis asub väljaspool tsütoplasma membraani. See täidab kaitse-, transpordi- ja konstruktsioonifunktsioone. Esineb paljudes taimedes, bakterites, seentes ja arhees.

2. Tagab barjäärifunktsiooni ehk valikulise, reguleeritud, aktiivse ja passiivse ainevahetuse väliskeskkonnaga.

3. Võimeline edastama ja salvestama teavet ning osaleb ka reprodutseerimisprotsessis.

4. Täidab transpordifunktsiooni, mis suudab transportida aineid läbi membraani rakku ja sealt välja.

5. Rakumembraanil on ühesuunaline juhtivus. Tänu sellele saavad veemolekulid rakumembraani viivitamatult läbida ja teiste ainete molekulid tungivad selektiivselt.

6. Rakumembraani abil saadakse vett, hapnikku ja toitaineid ning selle kaudu eemaldatakse rakkude ainevahetuse produktid.

7. Teostab raku metabolismi läbi membraanide ja suudab neid läbi viia kasutades 3 peamist tüüpi reaktsioone: pinotsütoos, fagotsütoos, eksotsütoos.

8. Membraan tagab rakkudevaheliste kontaktide spetsiifilisuse.

9. Membraan sisaldab arvukalt retseptoreid, mis on võimelised tajuma keemilisi signaale – vahendajaid, hormoone ja paljusid teisi bioloogilisi aktiivseid aineid. Seega on sellel võime muuta raku metaboolset aktiivsust.

10. Rakumembraani põhiomadused ja funktsioonid:

• Maatriks
• Barjäär
• Transport
• Energia
• Mehaaniline
• Ensümaatiline
• Retseptor
• Kaitsev
• Märgistus
• Biopotentsiaal

Millist funktsiooni täidab rakus plasmamembraan?

1. Piirab lahtri sisu;
2. Teostab ainete sisenemist rakku;
3. Tagab paljude ainete eemaldamise rakust.

Rakumembraani struktuur

Rakumembraanid sisaldab 3 klassi lipiide:

• glükolipiidid;
• fosfolipiidid;
• Kolesterool.

Põhimõtteliselt koosneb rakumembraan valkudest ja lipiididest ning selle paksus ei ületa 11 nm. 40–90% kõigist lipiididest on fosfolipiidid. Samuti on oluline märkida glükolipiidid, mis on membraani üks põhikomponente.

Rakumembraani struktuur on kolmekihiline. Keskel on homogeenne vedel bilipiidkiht ja valgud katavad seda mõlemalt poolt (nagu mosaiik), tungides osaliselt paksusesse. Valgud on vajalikud ka selleks, et membraan pääseks rakkudesse ja sealt välja spetsiaalseid aineid, mis ei suuda rasvakihti tungida. Näiteks naatriumi- ja kaaliumiioonid.

• See on huvitav -

Lahtri struktuur – video

Valdav enamik Maal elavaid organisme koosneb rakkudest, mis on oma keemilise koostise, struktuuri ja elutähtsate funktsioonide poolest suuresti sarnased. Ainevahetus ja energia muundamine toimub igas rakus. Rakkude jagunemine on organismide kasvu- ja paljunemisprotsesside aluseks. Seega on rakk organismide struktuuri, arengu ja paljunemise üksus.

Rakk saab eksisteerida ainult tervikliku süsteemina, mis on osadeks jagamatu. Rakkude terviklikkuse tagavad bioloogilised membraanid. Rakk on kõrgema järgu süsteemi element – ​​organism. Keerulistest molekulidest koosnevad rakuosad ja organellid kujutavad endast madalama astme terviklikke süsteeme.

Rakk on avatud süsteem, mis on keskkonnaga seotud ainete ja energiavahetuse kaudu. See on funktsionaalne süsteem, milles iga molekul täidab teatud funktsioone. Rakul on stabiilsus, võime isereguleeruda ja ise paljuneda.

Rakk on isejuhtiv süsteem. Raku kontrolli geneetilist süsteemi esindavad keerulised makromolekulid - nukleiinhapped (DNA ja RNA).

Aastatel 1838-1839 Saksa bioloogid M. Schleiden ja T. Schwann võtsid kokku teadmised rakust ja sõnastasid rakuteooria põhiseisukoha, mille põhiolemus seisneb selles, et kõik organismid, nii taimsed kui ka loomad, koosnevad rakkudest.

1859. aastal kirjeldas R. Virchow rakkude jagunemise protsessi ja sõnastas rakuteooria ühe olulisema sätte: "Iga rakk pärineb teisest rakust." Uued rakud moodustuvad emaraku jagunemise tulemusena, mitte mitterakulisest ainest, nagu varem arvati.

Imetajate munade avastamine vene teadlase K. Baeri poolt 1826. aastal viis järeldusele, et rakk on mitmerakuliste organismide arengu aluseks.

Kaasaegne rakuteooria sisaldab järgmisi sätteid:

1) rakk - kõigi organismide ehitus- ja arenguüksus;

2) erinevatest eluslooduse kuningriikidest pärit organismide rakud on ehituselt, keemiliselt koostiselt, ainevahetuselt ja elutegevuse põhiilmingutelt sarnased;

3) emaraku jagunemise tulemusena tekivad uued rakud;

4) paljurakulises organismis moodustavad rakud kudesid;

5) elundid koosnevad kudedest.

Kaasaegsete bioloogiliste, füüsikaliste ja keemiliste uurimismeetodite kasutuselevõtuga bioloogias on saanud võimalikuks uurida raku erinevate komponentide ehitust ja talitlust. Üks rakkude uurimise meetodeid on mikroskoopia. Kaasaegne valgusmikroskoop suurendab objekte 3000 korda ja võimaldab näha suurimaid rakuorganelle, jälgida tsütoplasma liikumist ja rakkude jagunemist.

Leiutatud 40ndatel. XX sajand Elektronmikroskoop annab suurenduse kümneid ja sadu tuhandeid kordi. Elektronmikroskoop kasutab valguse asemel elektronide voogu ja läätsede asemel elektromagnetvälju. Seetõttu annab elektronmikroskoop selgeid pilte palju suurema suurendusega. Sellise mikroskoobi abil oli võimalik uurida rakuorganellide ehitust.

Meetodi abil uuritakse rakuorganellide ehitust ja koostist tsentrifuugimine. Purustatud rakumembraanidega tükeldatud koed asetatakse katseklaasidesse ja pööratakse tsentrifuugis suurel kiirusel. Meetod põhineb asjaolul, et erinevatel raku organoididel on erinev mass ja tihedus. Tihedamad organellid sadestatakse katseklaasi madalatel tsentrifuugimiskiirustel, vähem tihedad - suurel kiirusel. Neid kihte uuritakse eraldi.

Laialdaselt kasutatav raku- ja koekultuuri meetod, mis seisneb selles, et ühest või mitmest rakust spetsiaalsel toitainekeskkonnal võib saada rühma sama tüüpi looma- või taimerakke ja kasvatada isegi terve taime. Seda meetodit kasutades saate vastuse küsimusele, kuidas ühest rakust moodustuvad erinevad keha kuded ja elundid.

Rakuteooria aluspõhimõtted sõnastasid esmakordselt M. Schleiden ja T. Schwann. Rakk on kõigi elusorganismide struktuuri, elutegevuse, paljunemise ja arengu üksus. Rakkude uurimiseks kasutatakse mikroskoopia, tsentrifuugimise, raku- ja koekultuuri jm meetodeid.

Seente, taimede ja loomade rakkudel on palju ühist mitte ainult keemilise koostise, vaid ka struktuuri poolest. Rakku mikroskoobi all uurides on selles näha mitmesuguseid struktuure - organoidid. Iga organell täidab teatud funktsioone. Rakus on kolm põhiosa: plasmamembraan, tuum ja tsütoplasma (joonis 1).

Plasma membraan eraldab raku ja selle sisu keskkonnast. Joonisel 2 näete: membraani moodustavad kaks lipiidide kihti ja valgumolekulid tungivad läbi membraani paksuse.

Plasmamembraani põhifunktsioon transport. See tagab toitainete voolu rakku ja ainevahetusproduktide eemaldamise sellest.

Membraani oluline omadus on selektiivne läbilaskvus, ehk poolläbilaskvus, võimaldab rakul suhelda keskkonnaga: sinna sisenevad ja sealt eemaldatakse ainult teatud ained. Väikesed vee ja mõnede muude ainete molekulid tungivad rakku difusiooni teel, osaliselt läbi membraani pooride.

Suhkrud, orgaanilised happed ja soolad lahustuvad tsütoplasmas, taimeraku vakuoolide rakumahlas. Pealegi on nende kontsentratsioon rakus palju suurem kui keskkonnas. Mida suurem on nende ainete kontsentratsioon rakus, seda rohkem vett see imab. Teadaolevalt kulub rakule pidevalt vett, mille tõttu rakumahla kontsentratsioon tõuseb ja vesi satub uuesti rakku.

Suuremate molekulide (glükoos, aminohapped) sisenemise rakku tagavad membraani transportvalgud, mis ühinedes transporditavate ainete molekulidega transpordivad need läbi membraani. See protsess hõlmab ensüüme, mis lagundavad ATP-d.

Joonis 1. Eukarüootse raku ehituse üldistatud skeem.
(pildi suurendamiseks klõpsake pildil)

Joonis 2. Plasmamembraani struktuur.
1 - läbistavad valgud, 2 - sukeldatud valgud, 3 - välisvalgud

Joonis 3. Pinotsütoosi ja fagotsütoosi skeem.

Isegi suuremad valkude ja polüsahhariidide molekulid sisenevad rakku fagotsütoosi teel (kreeka keelest. faagid- õgimine ja kitos- anum, rakk) ja vedelikutilgad - pinotsütoosi teel (kreeka keelest. pinot- Ma joon ja kitos) (Joonis 3).

Loomarakke ümbritseb erinevalt taimerakkudest pehme ja painduv “kate”, mille moodustavad peamiselt polüsahhariidmolekulid, mis, ühendades mõningaid membraanivalke ja lipiide, ümbritsevad rakku väljastpoolt. Polüsahhariidide koostis on erinevatele kudedele omane, tänu millele rakud üksteist “ära tunnevad” ja omavahel ühenduses on.

Taimerakkudel pole sellist "katet". Nende kohal on pooridega kaetud plasmamembraan. rakumembraan, mis koosneb valdavalt tselluloosist. Pooride kaudu ulatuvad rakust rakku tsütoplasma niidid, mis ühendavad rakke üksteisega. Nii saavutatakse rakkudevaheline suhtlus ja keha terviklikkus.

Taimede rakumembraan täidab tugeva luustiku rolli ja kaitseb rakku kahjustuste eest.

Enamikul bakteritel ja kõigil seentel on rakumembraan, erinev on ainult selle keemiline koostis. Seentes koosneb see kitiinitaolisest ainest.

Sarnase ehitusega on seente, taimede ja loomade rakud. Rakul on kolm põhiosa: tuum, tsütoplasma ja plasmamembraan. Plasmamembraan koosneb lipiididest ja valkudest. See tagab ainete sisenemise rakku ja nende vabanemise rakust. Taimede, seente ja enamiku bakterite rakkudes on plasmamembraani kohal rakumembraan. See täidab kaitsefunktsiooni ja mängib luustiku rolli. Taimedel koosneb rakusein tselluloosist ja seentel kitiinitaolisest ainest. Loomarakud on kaetud polüsahhariididega, mis tagavad kontakti sama koe rakkude vahel.

Kas tead, et raku põhiosa on tsütoplasma. See koosneb veest, aminohapetest, valkudest, süsivesikutest, ATP-st ja anorgaaniliste ainete ioonidest. Tsütoplasmas on raku tuum ja organellid. Selles liiguvad ained ühest rakuosast teise. Tsütoplasma tagab kõigi organellide interaktsiooni. Siin toimuvad keemilised reaktsioonid.

Kogu tsütoplasma on läbi imbunud õhukeste valgu mikrotuubulitega, mis moodustuvad raku tsütoskelett, tänu millele säilitab püsiva kuju. Raku tsütoskelett on paindlik, kuna mikrotuubulid on võimelised oma asukohta muutma, ühest otsast liikuma ja teisest otsast lühenema. Rakku sisenevad mitmesugused ained. Mis juhtub nendega puuris?

Lüsosoomides – väikestes ümmargustes membraani vesiikulites (vt joonis 1) lagunevad komplekssete orgaaniliste ainete molekulid hüdrolüütiliste ensüümide abil lihtsamateks molekulideks. Näiteks lagundatakse valgud aminohapeteks, polüsahhariidid monosahhariidideks, rasvad glütsüriiniks ja rasvhapeteks. Selle funktsiooni jaoks nimetatakse lüsosoome sageli raku seedejaamadeks.

Kui lüsosoomide membraan hävib, suudavad neis sisalduvad ensüümid rakku ennast seedida. Seetõttu nimetatakse lüsosoome mõnikord "rakkude tapmise relvadeks".

Lüsosoomides moodustunud väikeste aminohapete, monosahhariidide, rasvhapete ja alkoholide molekulide ensümaatiline oksüdatsioon süsinikdioksiidiks ja veeks algab tsütoplasmas ja lõpeb teistes organellides. mitokondrid. Mitokondrid on vardakujulised, niidi- või sfäärilised organellid, mis on tsütoplasmast piiritletud kahe membraaniga (joonis 4). Välimine membraan on sile ja sisemine moodustab voldid - cristas, mis suurendavad selle pinda. Sisemembraan sisaldab ensüüme, mis osalevad orgaaniliste ainete oksüdeerimisel süsinikdioksiidiks ja veeks. See vabastab energiat, mida rakk talletab ATP molekulides. Seetõttu nimetatakse mitokondreid raku "elektrijaamadeks".

Rakus orgaanilised ained mitte ainult ei oksüdeeru, vaid ka sünteesitakse. Lipiidide ja süsivesikute süntees toimub endoplasmaatilisel retikulumil - EPS-il (joonis 5) ja valkude - ribosoomidel. Mis on EPS? See on tuubulite ja tsisternide süsteem, mille seinad moodustab membraan. Nad tungivad läbi kogu tsütoplasma. Ained liiguvad ER-kanalite kaudu raku erinevatesse osadesse.

Seal on sile ja kare EPS. Sileda ER-i pinnal sünteesitakse ensüümide osalusel süsivesikuid ja lipiide. ER-i kareduse annavad sellel asuvad väikesed ümarad kehad - ribosoomid(vt joonis 1), mis osalevad valgusünteesis.

Samuti toimub orgaaniliste ainete süntees plastiidid, mida leidub ainult taimerakkudes.

Riis. 4. Mitokondrite ehituse skeem.
1.- välismembraan; 2.- sisemembraan; 3.- sisemembraani voldid - cristae.

Riis. 5. Jäme EPS-i struktuuri skeem.

Riis. 6. Kloroplasti ehituse skeem.
1.- välismembraan; 2.- sisemembraan; 3.- kloroplasti sisemine sisu; 4.- sisemembraani voldid, mis kogunevad “virnadesse” ja moodustavad grana.

Värvitutes plastiidides - leukoplastid(kreeka keelest leukoosid- valge ja plastos- loodud) tärklis koguneb. Kartulimugulad on väga rikkad leukoplastide poolest. Puuviljadele ja lilledele antakse kollane, oranž ja punane värv. kromoplastid(kreeka keelest kroom- värv ja plastos). Nad sünteesivad fotosünteesis osalevaid pigmente - karotenoidid. Taimeelus on see eriti oluline kloroplastid(kreeka keelest kloor- rohekas ja plastos) - rohelised plastiidid. Joonisel 6 näete, et kloroplastid on kaetud kahe membraaniga: välimise ja sisemise membraaniga. Sisemine membraan moodustab voldid; voltide vahel on virnadesse paigutatud mullid - terad. Granad sisaldavad klorofülli molekule, mis osalevad fotosünteesis. Igal kloroplastil on umbes 50 tera, mis on paigutatud ruudukujuliselt. See paigutus tagab iga näo maksimaalse valgustuse.

Tsütoplasmas võivad valgud, lipiidid ja süsivesikud koguneda terade, kristallide ja tilkade kujul. Need kaasamine- varu toitaineid, mida rakk vajadusel tarbib.

Taimerakkudes koguneb osa varutoitaineid, aga ka laguprodukte vakuoolide rakumahlas (vt joonis 1). Need võivad moodustada kuni 90% taimeraku mahust. Loomarakkudel on ajutised vakuoolid, mis ei võta rohkem kui 5% nende mahust.

Riis. 7. Golgi kompleksi ehituse skeem.

Joonisel 7 näete membraaniga ümbritsetud õõnsuste süsteemi. See Golgi kompleks, mis täidab rakus erinevaid funktsioone: osaleb ainete kogunemises ja transpordis, nende eemaldamises rakust, lüsosoomide ja rakumembraani moodustamisest. Näiteks Golgi kompleksi õõnsusse sisenevad tselluloosi molekulid, mis vesiikulite abil liiguvad raku pinnale ja sisalduvad rakumembraanis.

Enamik rakke paljuneb jagunemise teel. Selles protsessis osalemine rakukeskus. See koosneb kahest tsentrioolist, mida ümbritseb tihe tsütoplasma (vt joonis 1). Jagunemise alguses liiguvad tsentrioolid raku pooluste suunas. Nendest väljuvad valguniidid, mis ühenduvad kromosoomidega ja tagavad nende ühtlase jaotumise kahe tütarraku vahel.

Kõik raku organellid on omavahel tihedalt seotud. Näiteks valgumolekulid sünteesitakse ribosoomides, need transporditakse ER-kanalite kaudu raku erinevatesse osadesse ja valgud hävivad lüsosoomides. Äsja sünteesitud molekule kasutatakse rakustruktuuride ehitamiseks või kogunevad tsütoplasmasse ja vakuoolidesse varutoitainetena.

Rakk on täidetud tsütoplasmaga. Tsütoplasmas on tuum ja erinevad organellid: lüsosoomid, mitokondrid, plastiidid, vakuoolid, ER, rakukeskus, Golgi kompleks. Need erinevad oma struktuuri ja funktsioonide poolest. Kõik tsütoplasma organellid suhtlevad üksteisega, tagades raku normaalse funktsioneerimise.

Tabel 1. RAKU STRUKTUUR

Seente, taimede ja loomade elutegevuses ja rakkude jagunemises on kõige olulisem roll tuumal ja selles paiknevatel kromosoomidel. Enamikul nende organismide rakkudest on üks tuum, kuid on ka mitmetuumalisi rakke, näiteks lihasrakke. Tuum asub tsütoplasmas ja on ümmarguse või ovaalse kujuga. See on kaetud kahest membraanist koosneva kestaga. Tuumaümbrises on poorid, mille kaudu toimub ainete vahetus tuuma ja tsütoplasma vahel. Tuum on täidetud tuumamahlaga, milles paiknevad nukleoolid ja kromosoomid.

Nucleolid- need on tuumas toodetud ribosomaalsest RNA-st ja tsütoplasmas sünteesitud valkudest moodustunud ribosoomide "tootmise töötoad".

Tuuma põhifunktsioon – päriliku informatsiooni talletamine ja edastamine – on seotud kromosoomid. Igal organismitüübil on oma kromosoomide komplekt: teatud arv, kuju ja suurus.

Kõiki keharakke, välja arvatud sugurakud, nimetatakse somaatiline(kreeka keelest soma- keha). Sama liigi organismi rakud sisaldavad sama kromosoomikomplekti. Näiteks inimestel sisaldab iga keharakk 46 kromosoomi, äädikakärbsel Drosophila - 8 kromosoomi.

Somaatilistel rakkudel on reeglina kahekordne kromosoomide komplekt. Seda nimetatakse diploidne ja seda tähistatakse 2-ga n. Seega on inimesel 23 paari kromosoome, see tähendab 2 n= 46. Sugurakud sisaldavad poole vähem kromosoome. Kas see on vallaline või haploidne, komplekt. Inimesel on 1 n = 23.

Kõik somaatiliste rakkude kromosoomid, erinevalt sugurakkude kromosoomidest, on seotud. Ühe paari moodustavad kromosoomid on üksteisega identsed. Paaritud kromosoome nimetatakse homoloogne. Nimetatakse kromosoome, mis kuuluvad erinevatesse paaridesse ning erinevad kuju ja suuruse poolest mittehomoloogsed(joonis 8).

Mõnel liigil võib kromosoomide arv olla sama. Näiteks punasel ristikul ja hernestel on 2 n= 14. Nende kromosoomid erinevad aga kuju, suuruse ja DNA molekulide nukleotiidse koostise poolest.

Riis. 8. Kromosoomide komplekt Drosophila rakkudes.

Riis. 9. Kromosoomi ehitus.

Et mõista kromosoomide rolli päriliku teabe edastamisel, on vaja tutvuda nende struktuuri ja keemilise koostisega.

Mittejaguneva raku kromosoomid näevad välja nagu pikad õhukesed niidid. Enne rakkude jagunemist koosneb iga kromosoom kahest identsest ahelast - kromatiidid, mis on ühendatud vöökoha vöökohtade vahel - (joonis 9).

Kromosoomid koosnevad DNA-st ja valkudest. Kuna DNA nukleotiidide koostis on liikide lõikes erinev, on kromosoomide koostis iga liigi jaoks ainulaadne.

Igal rakul, välja arvatud bakterirakud, on tuum, milles paiknevad nukleoolid ja kromosoomid. Iga liiki iseloomustab teatud kromosoomide komplekt: arv, kuju ja suurus. Enamiku organismide somaatilistes rakkudes on kromosoomide komplekt diploidne, sugurakkudes haploidne. Paaritud kromosoome nimetatakse homoloogseteks. Kromosoomid koosnevad DNA-st ja valkudest. DNA molekulid tagavad päriliku informatsiooni talletamise ja edastamise rakust rakku ja organismist organismi.

Kui olete need teemad läbi töötanud, peaksite olema võimeline:

1. Selgitage, millistel juhtudel tuleks kasutada valgusmikroskoopi (struktuuri) või ülekandeelektronmikroskoopi.
2. Kirjeldage rakumembraani ehitust ja selgitage seost membraani ehituse ja selle võime vahel raku ja selle keskkonna vahel aineid vahetada.
3. Määratlege protsessid: difusioon, hõlbustatud difusioon, aktiivne transport, endotsütoos, eksotsütoos ja osmoos. Märkige nende protsesside erinevused.
4. Nimetage struktuuride funktsioonid ja märkige, millistes rakkudes (taime-, looma- või prokarüootses) need asuvad: tuum, tuumamembraan, nukleoplasma, kromosoomid, plasmamembraan, ribosoom, mitokondrid, rakusein, kloroplast, vakuool, lüsosoom, sile endoplasmaatiline retikulum (agranulaarne) ja töötlemata (granulaarne), rakukeskus, Golgi aparaat, tsilium, flagellum, mesosoom, pili või fimbriae.
5. Nimeta vähemalt kolm märki, mille järgi saab taimerakku loomarakust eristada.
6. Loetlege olulisemad erinevused prokarüootsete ja eukarüootsete rakkude vahel.

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Üldbioloogia". Moskva, "Valgustus", 2000

• Teema 1. "Plasmamembraan." §1, §8 lk 5;20
• Teema 2. "Puur". §8-10 lk 20-30
• Teema 3. "Prokarüootne rakk. Viirused." §11 lk 31-34

Membraan on ülipeen struktuur, mis moodustab organellide ja raku kui terviku pinnad. Kõik membraanid on sarnase struktuuriga ja ühendatud ühte süsteemi.

Keemiline koostis

Rakumembraanid on keemiliselt homogeensed ja koosnevad erinevate rühmade valkudest ja lipiididest:

• fosfolipiidid;
• galaktolipiidid;
• sulfolipiidid.

Need sisaldavad ka nukleiinhappeid, polüsahhariide ja muid aineid.

Füüsikalised omadused

Normaalsetel temperatuuridel on membraanid vedelkristallilises olekus ja kõikuvad pidevalt. Nende viskoossus on lähedane taimeõli omale.

Membraan on taastav, vastupidav, elastne ja poorne. Membraani paksus on 7-14 nm.

TOP 4 artiklitkes sellega kaasa loevad

Membraan on suuri molekule mitteläbilaskev. Väikesed molekulid ja ioonid võivad läbida poore ja membraani ennast membraani eri külgede kontsentratsiooni erinevuste mõjul, aga ka transportvalkude abil.

Mudel

Tavaliselt kirjeldatakse membraanide struktuuri vedeliku mosaiikmudeli abil. Membraanil on raamistik - kaks rida lipiidimolekule, mis on tihedalt üksteise kõrval, nagu tellised.

Riis. 1. Sandwich-tüüpi bioloogiline membraan.

Mõlemalt poolt on lipiidide pind kaetud valkudega. Mosaiikmustri moodustavad membraani pinnale ebaühtlaselt jaotunud valgumolekulid.

Vastavalt bilipiidkihti sukeldumise astmele jagunevad valgumolekulid kolm rühma:

• transmembraanne;
• vee all;
• pinnapealne.

Valgud annavad membraani peamise omaduse - selle selektiivse läbilaskvuse erinevatele ainetele.

Membraanide tüübid

Kõik rakumembraanid vastavalt lokaliseerimisele võib jagada järgmised tüübid:

• väline;
• tuumaenergia;
• organellide membraanid.

Väline tsütoplasmaatiline membraan ehk plasmolemma on raku piir. Ühendades tsütoskeleti elementidega, säilitab see oma kuju ja suuruse.

Riis. 2. Tsütoskelett.

Tuumamembraan ehk karüolemma on tuuma sisu piir. See on valmistatud kahest membraanist, mis on väga sarnased välimise membraaniga. Tuuma välismembraan on ühendatud endoplasmaatilise retikulumi (ER) membraanidega ja pooride kaudu sisemembraaniga.

ER membraanid tungivad läbi kogu tsütoplasma, moodustades pinnad, millel toimub erinevate ainete, sealhulgas membraanivalkude süntees.

Organellide membraanid

Enamikul organellidel on membraani struktuur.

Seinad on ehitatud ühest membraanist:

• Golgi kompleks;
• vakuoolid;
• lüsosoomid

Plastiidid ja mitokondrid on üles ehitatud kahest membraanikihist. Nende välimine membraan on sile ja sisemine moodustab palju volte.

Kloroplastide fotosünteetiliste membraanide omadused on sisseehitatud klorofülli molekulid.

Loomarakkude välismembraani pinnal on süsivesikute kiht, mida nimetatakse glükokalüksiks.

Riis. 3. Glükokalüks.

Glükokalüks on kõige enam arenenud sooleepiteeli rakkudes, kus see loob tingimused seedimiseks ja kaitseb plasmalemma.

Tabel "Rakumembraani struktuur"

Mida me õppisime?

Vaatasime rakumembraani struktuuri ja funktsioone. Membraan on raku, tuuma ja organellide selektiivne (selektiivne) barjäär. Rakumembraani struktuuri kirjeldab vedeliku mosaiikmudel. Selle mudeli järgi on valgumolekulid ehitatud viskoossete lipiidide kaksikkihti.

Test teemal

Aruande hindamine

Keskmine hinne: 4.5. Kokku saadud hinnanguid: 270.

Tsütoplasma- raku kohustuslik osa, mis on suletud plasmamembraani ja tuuma vahele; jaguneb hüaloplasmaks (tsütoplasma põhiaine), organellideks (tsütoplasma püsivad komponendid) ja inklusioonideks (tsütoplasma ajutised komponendid). Tsütoplasma keemiline koostis: aluseks on vesi (60-90% tsütoplasma kogumassist), mitmesugused orgaanilised ja anorgaanilised ühendid. Tsütoplasmas on leeliseline reaktsioon. Eukarüootse raku tsütoplasma iseloomulik tunnus on pidev liikumine ( tsüklos). Seda tuvastatakse peamiselt rakuorganellide, näiteks kloroplastide liikumisega. Kui tsütoplasma liikumine peatub, rakk sureb, sest ainult pidevas liikumises saab ta oma funktsioone täita.

Hüaloplasma ( tsütosool) on värvitu, limane, paks ja läbipaistev kolloidne lahus. Just selles toimuvad kõik ainevahetusprotsessid, see tagab tuuma ja kõigi organellide omavahelise ühenduse. Sõltuvalt vedela osa või suurte molekulide ülekaalust hüaloplasmas eristatakse kahte hüaloplasma vormi: sol- vedelam hüaloplasma ja geel- paksem hüaloplasma. Nende vahel on võimalikud vastastikused üleminekud: geel muutub sooliks ja vastupidi.

Tsütoplasma funktsioonid:

1. ühendades kõik rakukomponendid ühte süsteemi,
2. keskkond paljude biokeemiliste ja füsioloogiliste protsesside läbimiseks,
3. keskkond organellide eksisteerimiseks ja toimimiseks.

Rakumembraanid

Rakumembraanid piirata eukarüootseid rakke. Igas rakumembraanis saab eristada vähemalt kahte kihti. Sisemine kiht külgneb tsütoplasmaga ja seda tähistab plasmamembraan(sünonüümid - plasmalemma, rakumembraan, tsütoplasmaatiline membraan), mille peale moodustub välimine kiht. Loomarakus on see õhuke ja seda nimetatakse glükokalüks(moodustunud glükoproteiinidest, glükolipiididest, lipoproteiinidest), taimerakus – paks, nn. raku sein(moodustunud tselluloosist).

Kõigil bioloogilistel membraanidel on ühised struktuurilised tunnused ja omadused. Praegu on see üldtunnustatud Membraani struktuuri vedeliku mosaiikmudel. Membraani aluseks on lipiidide kaksikkiht, mille moodustavad peamiselt fosfolipiidid. Fosfolipiidid on triglütseriidid, milles üks rasvhappejääk on asendatud fosforhappejäägiga; Fosforhappejääki sisaldavat molekuli lõiku nimetatakse hüdrofiilseks peaks, rasvhappejääke sisaldavaid sektsioone hüdrofoobseteks sabadeks. Membraanis on fosfolipiidid paigutatud rangelt järjestatud viisil: molekulide hüdrofoobsed sabad on üksteise vastas ja hüdrofiilsed pead väljapoole, vee poole.

Lisaks lipiididele sisaldab membraan valke (keskmiselt ≈ 60%). Need määravad ära suurema osa membraani spetsiifilistest funktsioonidest (teatud molekulide transport, reaktsioonide katalüüs, keskkonna signaalide vastuvõtmine ja muundamine jne). Seal on: 1) perifeersed valgud(asub lipiidide kaksikkihi välis- või sisepinnal), 2) poolintegraalsed valgud(kasutatud erineva sügavusega lipiidide kaksikkihti), 3) integraalsed ehk transmembraansed valgud(torgake membraan läbi, kontakteerudes nii raku välis- kui ka sisekeskkonnaga). Integraalvalke nimetatakse mõnel juhul kanaleid moodustavateks või kanalivalkudeks, kuna neid võib pidada hüdrofiilseteks kanaliteks, mille kaudu polaarsed molekulid rakku sisenevad (membraani lipiidkomponent ei lase neid läbi).

A - hüdrofiilne fosfolipiidi pea; B - hüdrofoobsed fosfolipiidide sabad; 1 - valkude E ja F hüdrofoobsed piirkonnad; 2 — valgu F hüdrofiilsed piirkonnad; 3 - glükolipiidi molekulis lipiidi külge kinnitatud hargnenud oligosahhariidi ahel (glükolipiidid on vähem levinud kui glükoproteiinid); 4 - hargnenud oligosahhariidi ahel, mis on seotud glükoproteiini molekulis oleva valguga; 5 - hüdrofiilne kanal (toimib poorina, mille kaudu saavad läbida ioonid ja mõned polaarsed molekulid).

Membraan võib sisaldada süsivesikuid (kuni 10%). Membraanide süsivesikute komponenti esindavad oligosahhariid- või polüsahhariidahelad, mis on seotud valgu molekulidega (glükoproteiinid) või lipiididega (glükolipiididega). Süsivesikud paiknevad peamiselt membraani välispinnal. Süsivesikud tagavad membraani retseptori funktsioonid. Loomarakkudes moodustavad glükoproteiinid membraaniülese kompleksi, glükokalüksi, mille paksus on mitukümmend nanomeetrit. See sisaldab palju raku retseptoreid ja selle abiga toimub rakkude adhesioon.

Valkude, süsivesikute ja lipiidide molekulid on liikuvad, võimelised liikuma membraani tasapinnal. Plasmamembraani paksus on ligikaudu 7,5 nm.

Membraanide funktsioonid

Membraanid täidavad järgmisi funktsioone:

1. raku sisu eraldamine väliskeskkonnast,
2. raku ja keskkonna vahelise ainevahetuse reguleerimine,
3. raku jagamine sektsioonideks ("kambriteks"),
4. "ensümaatiliste konveierite" lokaliseerimise koht,
5. rakkudevahelise suhtluse tagamine mitmerakuliste organismide kudedes (adhesioon),
6. signaali tuvastamine.

Kõige tähtsam membraani omadus— selektiivne läbilaskvus, s.o. membraanid on mõnele ainele või molekulile hästi läbilaskvad ja teistele halvasti (või täielikult mitteläbilaskvad). See omadus on membraanide regulatoorse funktsiooni aluseks, tagades ainete vahetuse raku ja väliskeskkonna vahel. Rakumembraani läbivate ainete protsessi nimetatakse ainete transport. Seal on: 1) passiivne transport- ainete läbilaskeprotsess ilma energiatarbimiseta; 2) aktiivne transport- ainete läbilaskeprotsess, mis toimub energia kulutamisel.

Kell passiivne transport ained liiguvad kõrgema kontsentratsiooniga piirkonnast madalama kontsentratsiooniga piirkonda, st. piki kontsentratsioonigradienti. Igas lahuses on lahusti ja lahustunud aine molekulid. Lahustunud aine molekulide liikumise protsessi nimetatakse difusiooniks ja lahusti molekulide liikumist osmoosiks. Kui molekul on laetud, mõjutab selle transporti ka elektriline gradient. Seetõttu räägitakse sageli elektrokeemilisest gradiendist, kombineerides mõlemad gradiendid omavahel. Transpordi kiirus sõltub gradiendi suurusest.

Eristada saab järgmisi passiivse transpordi liike: 1) lihtne difusioon— ainete transport otse läbi lipiidide kaksikkihi (hapnik, süsinikdioksiid); 2) difusioon läbi membraanikanalite— transport kanaleid moodustavate valkude kaudu (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) hõlbustatud difusioon- ainete transport spetsiaalsete transpordivalkude abil, millest igaüks vastutab teatud molekulide või nendega seotud molekulide rühmade (glükoos, aminohapped, nukleotiidid) liikumise eest; 4) osmoos— veemolekulide transport (kõigis bioloogilistes süsteemides on lahustiks vesi).

Vajadus aktiivne transport tekib siis, kui on vaja tagada molekulide transport läbi membraani elektrokeemilise gradiendi vastu. Seda transporti teostavad spetsiaalsed kandevalgud, mille tegevus nõuab energiakulu. Energiaallikaks on ATP molekulid. Aktiivne transport sisaldab: 1) Na + /K + pumpa (naatrium-kaaliumpump), 2) endotsütoosi, 3) eksotsütoosi.

Na + /K + pumba töö. Normaalseks funktsioneerimiseks peab rakk säilitama tsütoplasmas ja väliskeskkonnas teatud K + ja Na + ioonide vahekorra. K + kontsentratsioon rakus peaks olema oluliselt kõrgem kui väljaspool seda ja Na + - vastupidi. Tuleb märkida, et Na + ja K + võivad vabalt difundeeruda läbi membraani pooride. Na + /K + pump neutraliseerib nende ioonide kontsentratsioonide ühtlustumist ja pumpab aktiivselt Na + rakust välja ja K + rakku. Na + /K + pump on transmembraanne valk, mis on võimeline konformatsioonilisi muutusi tegema, mille tulemusena võib see kinnituda nii K + kui ka Na +. Na + /K + pumbatsükli võib jagada järgmisteks faasideks: 1) Na + lisamine membraani seest, 2) pumbavalgu fosforüülimine, 3) Na + vabanemine rakuvälises ruumis, 4) K + lisamine membraani välisküljelt, 5) pumbavalgu defosforüülimine, 6) K + vabanemine rakusiseses ruumis. Peaaegu kolmandik kogu rakkude toimimiseks vajalikust energiast kulub naatrium-kaaliumpumba tööks. Ühe töötsükli jooksul pumpab pump elemendist välja 3Na + ja pumpab sisse 2K +.

Endotsütoos- suurte osakeste ja makromolekulide neeldumise protsess rakus. Endotsütoosi on kahte tüüpi: 1) fagotsütoos- suurte osakeste (rakud, rakuosad, makromolekulid) püüdmine ja neeldumine ning 2) pinotsütoos— vedela materjali (lahus, kolloidlahus, suspensioon) püüdmine ja neeldumine. Fagotsütoosi nähtuse avastas I.I. Mechnikov 1882. Endotsütoosi käigus moodustub plasmamembraan invaginatsioonist, selle servad ühinevad ja tsütoplasmasse kinnituvad tsütoplasmast ühe membraaniga piiritletud struktuurid. Paljud algloomad ja mõned leukotsüüdid on võimelised fagotsütoosiks. Pinotsütoosi täheldatakse sooleepiteelirakkudes ja vere kapillaaride endoteelis.

Eksotsütoos- endotsütoosile vastupidine protsess: erinevate ainete eemaldamine rakust. Eksotsütoosi käigus sulandub vesiikulite membraan välise tsütoplasmaatilise membraaniga, vesiikuli sisu eemaldatakse väljaspool rakku ja selle membraan lülitatakse välimisse tsütoplasmamembraani. Nii eemaldatakse sisesekretsiooninäärmete rakkudest hormoonid, algloomadel eemaldatakse seedimata toidujäänused.

Minema loengud nr 5"Rakuteooria. Mobiilse organisatsiooni tüübid"

Minema loengud nr 7"Eukarüootne rakk: organellide struktuur ja funktsioonid"