De structuur van het celmembraan. Functies, betekenis en structuur van het plasmamembraan

celmembraan- dit is een celmembraan dat de volgende functies vervult: scheiding van de inhoud van de cel en de externe omgeving, selectief transport van stoffen (uitwisseling met de externe omgeving voor de cel), de plaats van sommige biochemische reacties, de integratie van cellen in weefsels en receptie.

Celmembranen zijn verdeeld in plasma (intracellulair) en buiten. De belangrijkste eigenschap van elk membraan is semi-permeabiliteit, dat wil zeggen het vermogen om alleen bepaalde stoffen door te laten. Dit maakt selectieve uitwisseling mogelijk tussen de cel en de externe omgeving, of uitwisseling tussen compartimenten van de cel.

Plasmamembranen zijn lipoproteïnestructuren. Lipiden vormen spontaan een dubbellaag (dubbellaag) en membraaneiwitten "zwemmen" daarin. Er zijn enkele duizenden verschillende eiwitten in de membranen: structureel, dragers, enzymen, enz. Tussen de eiwitmoleculen bevinden zich poriën waardoor hydrofiele stoffen passeren (de lipidedubbellaag verhindert hun directe penetratie in de cel). Aan sommige moleculen op het membraanoppervlak zijn glycosylgroepen (monosachariden en polysachariden) gehecht, die betrokken zijn bij het proces van celherkenning tijdens weefselvorming.

De membranen verschillen in dikte, meestal tussen 5 en 10 nm. De dikte wordt bepaald door de grootte van het amfifiele lipidemolecuul en bedraagt ​​5,3 nm. Een verdere toename van de dikte van het membraan is te wijten aan de grootte van de membraaneiwitcomplexen. Afhankelijk van externe omstandigheden (cholesterol is de regulator) kan de structuur van de dubbellaag veranderen, zodat deze dichter of vloeibaarder wordt - de bewegingssnelheid van stoffen langs de membranen hangt hiervan af.

Celmembranen omvatten: plasmalemma, karyolemma, membranen van het endoplasmatisch reticulum, Golgi-apparaat, lysosomen, peroxisomen, mitochondriën, insluitsels, enz.

Lipiden zijn onoplosbaar in water (hydrofobiciteit), maar gemakkelijk oplosbaar in organische oplosmiddelen en vetten (lipofiliciteit). De samenstelling van lipiden in verschillende membranen is niet hetzelfde. Het plasmamembraan bevat bijvoorbeeld veel cholesterol. Van de lipiden in het membraan zijn de meest voorkomende fosfolipiden (glycerofosfatiden), sfingomyelinen (sfingolipiden), glycolipiden en cholesterol.

Fosfolipiden, sfingomyelinen en glycolipiden bestaan ​​uit twee functioneel verschillende delen: hydrofoob niet-polair, dat geen ladingen draagt ​​- "staarten", bestaande uit vetzuren, en hydrofiel, met geladen polaire "koppen" - alcoholgroepen (bijvoorbeeld glycerol) .

Het hydrofobe deel van het molecuul bestaat meestal uit twee vetzuren. Eén van de zuren is beperkend en de tweede is onverzadigd. Dit bepaalt het vermogen van lipiden om spontaan tweelaagse (bilipide) membraanstructuren te vormen. Membraanlipiden vervullen de volgende functies: barrière, transport, micro-omgeving van eiwitten, elektrische weerstand van het membraan.

Membranen verschillen van elkaar door een reeks eiwitmoleculen. Veel membraaneiwitten bestaan ​​uit gebieden die rijk zijn aan polaire (ladingsdragende) aminozuren en gebieden met niet-polaire aminozuren (glycine, alanine, valine, leucine). Dergelijke eiwitten in de lipidelagen van membranen bevinden zich zo dat hun niet-polaire gebieden als het ware worden ondergedompeld in het "vette" deel van het membraan, waar de hydrofobe gebieden van lipiden zich bevinden. Het polaire (hydrofiele) deel van deze eiwitten interageert met de lipidekoppen en wordt naar de waterfase gekeerd.

Biologische membranen hebben gemeenschappelijke eigenschappen:

membranen zijn gesloten systemen waardoor de inhoud van de cel en zijn compartimenten zich niet kunnen vermengen. Schending van de integriteit van het membraan kan leiden tot celdood;

oppervlakkige (vlakke, laterale) mobiliteit. In membranen is er een continue beweging van stoffen over het oppervlak;

membraan asymmetrie. De structuur van de buitenste en oppervlaktelagen is chemisch, structureel en functioneel heterogeen.

Het celmembraan (plasmamembraan) is een dun, semi-permeabel membraan dat cellen omringt.

Functie en rol van het celmembraan

Zijn functie is het beschermen van de integriteit van het interieur door enkele essentiële stoffen in de cel binnen te laten en te voorkomen dat andere stoffen binnenkomen.

Het dient ook als basis voor gehechtheid aan sommige organismen en aan andere. Het plasmamembraan bepaalt dus ook de vorm van de cel. Een andere functie van het membraan is het reguleren van de celgroei door middel van evenwicht en.

Bij endocytose worden lipiden en eiwitten uit het celmembraan verwijderd terwijl stoffen worden geabsorbeerd. Bij exocytose versmelten blaasjes die lipiden en eiwitten bevatten met het celmembraan, waardoor de celgrootte toeneemt. , en schimmelcellen hebben plasmamembranen. Intern zijn ze bijvoorbeeld ook ingesloten in beschermende membranen.

Celmembraanstructuur

Het plasmamembraan bestaat voornamelijk uit een mengsel van eiwitten en lipiden. Afhankelijk van de locatie en rol van het membraan in het lichaam kunnen lipiden 20 tot 80 procent van het membraan uitmaken, terwijl de rest eiwitten zijn. Terwijl lipiden helpen het membraan flexibel te maken, controleren en onderhouden eiwitten de chemie van de cel en helpen ze moleculen door het membraan te transporteren.

Membraanlipiden

Fosfolipiden zijn het hoofdbestanddeel van plasmamembranen. Ze vormen een lipidedubbellaag waarin de hydrofiele (door water aangetrokken) "kop" -gebieden zich spontaan organiseren om weerstand te bieden aan het waterige cytosol en de extracellulaire vloeistof, terwijl de hydrofobe (waterafstotende) "staart" -gebieden wegkijken van het cytosol en de extracellulaire vloeistof. De lipidedubbellaag is semi-permeabel, waardoor slechts enkele moleculen door het membraan kunnen diffunderen.

Cholesterol is een andere lipidecomponent van dierlijke celmembranen. Cholesterolmoleculen worden selectief verspreid tussen membraanfosfolipiden. Dit helpt de celmembranen stijf te houden door te voorkomen dat fosfolipiden te dicht op elkaar worden gepakt. Cholesterol is afwezig in de celmembranen van planten.

Glycolipiden bevinden zich op het buitenoppervlak van celmembranen en zijn daarmee verbonden door een koolhydraatketen. Ze helpen de cel andere cellen in het lichaam te herkennen.

Membraan eiwitten

Het celmembraan bevat twee soorten geassocieerde eiwitten. Perifere membraaneiwitten zijn extern en ermee geassocieerd door interactie met andere eiwitten. Integrale membraaneiwitten worden in het membraan geïntroduceerd en de meeste passeren er doorheen. Delen van deze transmembraaneiwitten bevinden zich aan beide zijden ervan.

Plasmamembraaneiwitten hebben een aantal verschillende functies. Structurele eiwitten bieden ondersteuning en vorm aan cellen. Membraanreceptoreiwitten helpen cellen te communiceren met hun externe omgeving door het gebruik van hormonen, neurotransmitters en andere signaalmoleculen. Transporteiwitten, zoals bolvormige eiwitten, dragen moleculen door celmembranen door gefaciliteerde diffusie. Aan glycoproteïnen is een koolhydraatketen verbonden. Ze zijn ingebed in het celmembraan en helpen bij de uitwisseling en het transport van moleculen.

Organelle membranen

Sommige celorganellen zijn ook omgeven door beschermende membranen. Kern,

Korte beschrijving:

Sazonov V.F. 1_1 De structuur van het celmembraan [Elektronische hulpbron] // Kinesioloog, 2009-2018: [website]. Updatedatum: 06.02.2018..__.201_). _De structuur en werking van het celmembraan wordt beschreven (synoniemen: plasmalemma, plasmolemma, biomembraan, celmembraan, buitencelmembraan, celmembraan, cytoplasmatisch membraan). Deze initiële informatie is nodig voor zowel de cytologie als voor het begrijpen van de processen van zenuwactiviteit: zenuwprikkeling, remming, het werk van synapsen en sensorische receptoren.

celmembraan (plasma A lemma of plasma O lemma)

Conceptdefinitie

Het celmembraan (synoniemen: plasmalemma, plasmolemma, cytoplasmatisch membraan, biomembraan) is een drievoudig lipoproteïne (d.w.z. "vet-eiwit") membraan dat de cel scheidt van de omgeving en een gecontroleerde uitwisseling en communicatie tussen de cel en zijn omgeving uitvoert.

Het belangrijkste in deze definitie is niet dat het membraan de cel scheidt van de omgeving, maar juist dát verbindt cel met de omgeving. Het membraan is actief structuur van de cel, deze is voortdurend in werking.

Een biologisch membraan is een ultradunne bimoleculaire film van fosfolipiden ingelegd met eiwitten en polysachariden. Deze cellulaire structuur ligt ten grondslag aan de barrière-, mechanische en matrixeigenschappen van een levend organisme (Antonov VF, 1996).

Figuurlijke weergave van het membraan

Voor mij ziet het celmembraan eruit als een hekwerk met veel deuren erin, dat een bepaald territorium omringt. Alle kleine levende wezens kunnen door dit hek vrij heen en weer bewegen. Maar grotere bezoekers kunnen alleen via de deuren naar binnen, en dan nog niet allemaal. Verschillende bezoekers hebben alleen sleutels van hun eigen deuren en kunnen niet door de deuren van anderen gaan. Door dit hekwerk stromen dus voortdurend bezoekers heen en weer, omdat de hoofdfunctie van het membraanhekwerk tweeledig is: het territorium scheiden van de omringende ruimte en het tegelijkertijd verbinden met de omringende ruimte. Hiervoor zijn er veel gaten en deuren in het hek - !

Membraan eigenschappen

1. Permeabiliteit.

2. Semi-permeabiliteit (gedeeltelijke permeabiliteit).

3. Selectieve (synoniem: selectieve) permeabiliteit.

4. Actieve permeabiliteit (synoniem: actief transport).

5. Gecontroleerde doorlaatbaarheid.

Zoals u kunt zien, is de belangrijkste eigenschap van het membraan de permeabiliteit voor verschillende stoffen.

6. Fagocytose en pinocytose.

7. Exocytose.

8. De aanwezigheid van elektrische en chemische potentiëlen, meer precies, het potentiaalverschil tussen de binnen- en buitenkant van het membraan. Figuurlijk kun je dat zeggen "het membraan verandert de cel in een" elektrische batterij "door de ionenstromen te controleren". Details: .

9. Veranderingen in elektrisch en chemisch potentieel.

10. Prikkelbaarheid. Speciale moleculaire receptoren op het membraan kunnen zich verbinden met signaal(controle)stoffen, waardoor de toestand van het membraan en de gehele cel kan veranderen. Moleculaire receptoren veroorzaken biochemische reacties als reactie op de combinatie van liganden (controlestoffen) ermee. Het is belangrijk op te merken dat de signaalstof van buitenaf op de receptor inwerkt, terwijl de veranderingen binnen de cel doorgaan. Het blijkt dat het membraan informatie uit de omgeving naar de interne omgeving van de cel overbrengt.

11. Katalytische enzymatische activiteit. Enzymen kunnen ingebed zijn in het membraan of geassocieerd zijn met het oppervlak ervan (zowel binnen als buiten de cel), en daar voeren ze hun enzymatische activiteit uit.

12. De vorm van het oppervlak en zijn gebied veranderen. Hierdoor kan het membraan uitgroeiingen of, omgekeerd, invaginaties in de cel vormen.

13. Het vermogen om contacten te vormen met andere celmembranen.

14. Hechting - het vermogen om aan vaste oppervlakken te blijven plakken.

Korte lijst met membraaneigenschappen

• Permeabiliteit.
• Endocytose, exocytose, transcytose.
• Potentiëlen.
• Prikkelbaarheid.
• enzymatische activiteit.
• Contacten.
• Hechting.

Membraan functies

1. Onvolledige isolatie van interne inhoud van de externe omgeving.

2. Het belangrijkste in het werk van het celmembraan is aandelenbeurs verscheidene stoffen tussen de cel en de extracellulaire omgeving. Dit komt door een dergelijke eigenschap van het membraan als permeabiliteit. Bovendien reguleert het membraan deze uitwisseling door de permeabiliteit ervan te reguleren.

3. Een andere belangrijke functie van het membraan is het creëren van een verschil in chemische en elektrische potentiëlen tussen de binnen- en buitenkant ervan. Hierdoor heeft de cel een negatief elektrisch potentieel.

4. Via het membraan wordt ook uitgevoerd uitwisseling van informatie tussen de cel en zijn omgeving. Speciale moleculaire receptoren op het membraan kunnen zich binden aan controlestoffen (hormonen, mediatoren, modulatoren) en biochemische reacties in de cel veroorzaken, wat leidt tot verschillende veranderingen in de cel of in de structuren ervan.

Video:De structuur van het celmembraan

Videolezing:Details over de structuur van het membraan en transport

Membraan structuur

Het celmembraan heeft een universeel karakter drielaags structuur. De mediane vetlaag is continu en de bovenste en onderste eiwitlagen bedekken deze in de vorm van een mozaïek van individuele eiwitgebieden. De vetlaag is de basis die zorgt voor de isolatie van de cel van de omgeving, waardoor deze wordt geïsoleerd van de omgeving. Op zichzelf passeert het zeer slecht wateroplosbare stoffen, maar gemakkelijk vetoplosbare stoffen. Daarom moet de doorlaatbaarheid van het membraan voor in water oplosbare stoffen (bijvoorbeeld ionen) worden voorzien van speciale eiwitstructuren - en.

Hieronder staan ​​microfoto's van echte celmembranen van contact makende cellen, verkregen met behulp van een elektronenmicroscoop, evenals een schematische tekening die het drielaagse membraan en de mozaïekaard van de eiwitlagen laat zien. Om een ​​afbeelding te vergroten, klikt u erop.

Afzonderlijk beeld van de binnenste lipidelaag (vetlaag) van het celmembraan, doordrongen van integraal ingebedde eiwitten. De bovenste en onderste eiwitlagen worden verwijderd om de beschouwing van de lipidedubbellaag niet te verstoren

Figuur hierboven: een onvolledige schematische weergave van het celmembraan (celwand) van Wikipedia.

Merk op dat de buitenste en binnenste eiwitlagen hier van het membraan zijn verwijderd, zodat we de centrale vettige dubbele lipidelaag beter kunnen zien. In een echt celmembraan zweven grote eiwiteilanden boven en onder langs de vetfilm (kleine balletjes in de figuur), en het membraan blijkt dikker te zijn, drielaags: eiwit-vet-eiwit . Het is dus eigenlijk een soort sandwich van twee eiwit "sneetjes brood" met een dikke laag "boter" in het midden, dat wil zeggen. heeft een drielaagse structuur, geen tweelaagse structuur.

In deze figuur komen kleine blauwe en witte balletjes overeen met de hydrofiele (bevochtigbare) "koppen" van lipiden, en de "snaren" die eraan vastzitten, komen overeen met de hydrofobe (niet-bevochtigbare) "staarten". Van de eiwitten worden alleen integrale end-to-end membraaneiwitten (rode bolletjes en gele helices) getoond. Gele ovale stippen in het membraan zijn cholesterolmoleculen. Geelgroene kralenkettingen aan de buitenkant van het membraan zijn oligosacharideketens die de glycocalyx vormen. Glycocalyx is als een koolhydraat ("suiker") "pluis" op het membraan, gevormd door lange koolhydraat-eiwitmoleculen die eruit steken.

Living is een klein "eiwit-vetzakje" gevuld met halfvloeibare, geleiachtige inhoud, waarin films en buisjes zitten.

De wanden van deze zak worden gevormd door een dubbele vetfilm (lipidenfilm), van binnen en van buiten bedekt met eiwitten: het celmembraan. Daarom wordt gezegd dat het membraan dit heeft drielaagse structuur : eiwitten-vetten-eiwitten. In de cel bevinden zich ook veel soortgelijke vetmembranen die de interne ruimte in compartimenten verdelen. Cellulaire organellen zijn omgeven door dezelfde membranen: kern, mitochondriën, chloroplasten. Het membraan is dus een universele moleculaire structuur die inherent is aan alle cellen en alle levende organismen.

Aan de linkerkant - niet langer een reëel, maar een kunstmatig model van een stuk van een biologisch membraan: dit is een momentopname van een dubbellaag van vetfosfolipiden (dat wil zeggen een dubbele laag) tijdens het modelleren van de moleculaire dynamiek. De rekencel van het model wordt getoond - 96 PQ-moleculen ( F osfatidil X oline) en 2304 watermoleculen, totaal 20544 atomen.

Aan de rechterkant is een visueel model te zien van een enkel molecuul van hetzelfde lipide, waaruit de membraanlipidedubbellaag is samengesteld. Het heeft een hydrofiele (waterminnende) kop aan de bovenkant en twee hydrofobe (watervrezende) staarten aan de onderkant. Dit lipide heeft een eenvoudige naam: 1-steroyl-2-docosahexaenoyl-Sn-glycero-3-fosfatidylcholine (18:0/22:6(n-3)cis PC), maar u hoeft het niet te onthouden, tenzij u plan om je leraar te laten zwijmelen met de diepte van je kennis.

Je kunt een preciezere wetenschappelijke definitie van een cel geven:

is een geordend, gestructureerd heterogeen systeem van biopolymeren, begrensd door een actief membraan, dat deelneemt aan een enkele reeks metabolische, energie- en informatieprocessen, en ook het hele systeem als geheel in stand houdt en reproduceert.

Binnenin de cel worden ook membranen gepenetreerd, en tussen de membranen bevindt zich geen water, maar een stroperige gel/sol met variabele dichtheid. Daarom zweven de op elkaar inwerkende moleculen in de cel niet vrij, zoals in een reageerbuis met een waterige oplossing, maar zitten ze meestal (geïmmobiliseerd) op de polymeerstructuren van het cytoskelet of intracellulaire membranen. En daarom vinden chemische reacties in de cel plaats, bijna zoals in een vast lichaam, en niet in een vloeistof. Het buitenmembraan dat de cel omringt, is ook bedekt met enzymen en moleculaire receptoren, waardoor het een zeer actief onderdeel van de cel is.

Het celmembraan (plasmalemma, plasmolemma) is een actieve schil die de cel scheidt van de omgeving en verbindt met de omgeving. © Sazonov VF, 2016.

Uit deze definitie van een membraan volgt dat het niet simpelweg de cel beperkt, maar actief aan het werk door het te verbinden met zijn omgeving.

Het vet waaruit de membranen bestaan ​​is speciaal, daarom worden de moleculen ervan meestal niet alleen vet genoemd, maar ook vet lipiden, fosfolipiden, sfingolipiden. De membraanfilm is dubbel, d.w.z. hij bestaat uit twee aan elkaar geplakte films. Daarom schrijven leerboeken dat de basis van het celmembraan uit twee lipidelagen bestaat (of " dubbellaag", d.w.z. dubbele laag). Voor elke individuele lipidelaag kan de ene kant worden bevochtigd door water, en de andere niet. Deze films plakken dus precies aan elkaar vast door hun niet-bevochtigende zijden.

bacterie membraan

De schil van een prokaryotische cel van gramnegatieve bacteriën bestaat uit verschillende lagen, weergegeven in de onderstaande figuur.
Lagen van de schaal van gramnegatieve bacteriën:
1. Het binnenste drielaagse cytoplasmamembraan, dat in contact staat met het cytoplasma.
2. Celwand, die bestaat uit mureïne.
3. Het buitenste drielaagse cytoplasmatische membraan, dat hetzelfde lipidensysteem met eiwitcomplexen heeft als het binnenmembraan.
Communicatie van gramnegatieve bacteriële cellen met de buitenwereld via zo'n complexe driestapsstructuur geeft hen geen voordeel bij het overleven onder zware omstandigheden vergeleken met grampositieve bacteriën die een minder krachtige schil hebben. Ze tolereren net zo slecht hoge temperaturen, hoge zuurgraad en drukval.

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

Videolezing:Het membraan als celgrens. A. Iljaskin

Belang van membraanionkanalen

Het is gemakkelijk te begrijpen dat alleen in vet oplosbare stoffen de cel kunnen binnendringen via de membraanvetfilm. Dit zijn vetten, alcoholen, gassen. In erytrocyten kunnen zuurstof en kooldioxide bijvoorbeeld gemakkelijk rechtstreeks door het membraan in en uit gaan. Maar water en in water oplosbare stoffen (bijvoorbeeld ionen) kunnen eenvoudigweg niet door het membraan naar een cel gaan. Dit betekent dat ze speciale gaten nodig hebben. Maar als je gewoon een gat in de vetfilm maakt, wordt deze onmiddellijk weer strakker. Wat moeten we doen? Er werd een oplossing gevonden in de natuur: het is noodzakelijk om speciale eiwittransportstructuren te maken en deze door het membraan te strekken. Dit is hoe de kanalen voor de doorgang van in vet onoplosbare stoffen worden verkregen: de ionenkanalen van het celmembraan.

Om zijn membraan dus extra permeabiliteitseigenschappen voor polaire moleculen (ionen en water) te geven, synthetiseert de cel speciale eiwitten in het cytoplasma, die vervolgens in het membraan worden geïntegreerd. Er zijn twee soorten: transporteiwitten (bijvoorbeeld transport-ATPasen) en kanaalvormende eiwitten (kanaalvormers). Deze eiwitten zijn ingebed in de dubbele vetlaag van het membraan en vormen transportstructuren in de vorm van transporters of in de vorm van ionkanalen. Door deze transportstructuren kunnen nu verschillende in water oplosbare stoffen passeren, die anders niet door de vetmembraanfilm heen kunnen.

Over het algemeen worden eiwitten ingebed in het membraan ook wel genoemd integraal, juist omdat ze als het ware zijn opgenomen in de samenstelling van het membraan en er door en door in doordringen. Andere eiwitten, die niet integraal zijn, vormen als het ware eilanden die op het oppervlak van het membraan "zweven": langs het buitenoppervlak of langs het binnenoppervlak. Iedereen weet immers dat vet een goed smeermiddel is en dat je er gemakkelijk overheen glijdt!

conclusies

1. Over het algemeen bestaat het membraan uit drie lagen:

1) de buitenste laag van eiwit-"eilanden",

2) vette tweelaagse "zee" (lipidedubbellaag), d.w.z. dubbele lipidenfilm

3) de binnenste laag van eiwiteilanden.

Maar er is ook een losse buitenlaag: de glycocalyx, die wordt gevormd door glycoproteïnen die uit het membraan steken. Het zijn moleculaire receptoren waaraan signaalcontroles binden.

2. Er zijn speciale eiwitstructuren in het membraan ingebouwd, waardoor de doorlaatbaarheid voor ionen of andere stoffen wordt gegarandeerd. We mogen niet vergeten dat op sommige plaatsen de zee van vet doordrongen is van integrale eiwitten. En het zijn integrale eiwitten die speciaal vormen transportstructuren celmembraan (zie paragraaf 1_2 Membraantransportmechanismen). Via hen komen stoffen de cel binnen en worden ze ook uit de cel naar buiten verwijderd.

3. Enzymeiwitten kunnen zich aan elke kant van het membraan (buiten en binnen) bevinden, maar ook binnen het membraan, wat zowel de toestand van het membraan zelf als de levensduur van de hele cel beïnvloedt.

Het celmembraan is dus een actieve variabele structuur die actief werkt in het belang van de hele cel en deze verbindt met de buitenwereld, en is niet alleen maar een "beschermende schil". Dit is het belangrijkste dat u moet weten over het celmembraan.

In de geneeskunde worden membraaneiwitten vaak gebruikt als ‘doelwit’ voor medicijnen. Receptoren, ionkanalen, enzymen en transportsystemen fungeren als dergelijke doelwitten. Sinds kort zijn naast het membraan ook genen die verborgen zijn in de celkern doelwitten voor medicijnen geworden.

Video:Inleiding tot de biofysica van celmembraan: structuur van membraan 1 (Vladimirov Yu.A.)

Video:Geschiedenis, structuur en functies van het celmembraan: Structuur van membranen 2 (Vladimirov Yu.A.)

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

De structurele basiseenheid van een levend organisme is een cel, een gedifferentieerd deel van het cytoplasma omgeven door een celmembraan. Gezien het feit dat de cel veel belangrijke functies vervult, zoals voortplanting, voeding en beweging, moet de schaal plastic en dicht zijn.

Geschiedenis van de ontdekking en het onderzoek van het celmembraan

In 1925 voerden Grendel en Gorder een succesvol experiment uit om de "schaduwen" van erytrocyten, of lege omhulsels, te identificeren. Ondanks verschillende grove fouten ontdekten wetenschappers de lipidedubbellaag. Hun werk werd voortgezet door Danielli, Dawson in 1935, Robertson in 1960. Als resultaat van vele jaren werk en de opeenstapeling van argumenten creëerden Singer en Nicholson in 1972 een vloeibaar mozaïekmodel van de structuur van het membraan. Verdere experimenten en studies bevestigden het werk van wetenschappers.

Betekenis

Wat is een celmembraan? Dit woord werd meer dan honderd jaar geleden gebruikt, vertaald uit het Latijn betekent het "film", "huid". Wijs dus de grens van de cel aan, die een natuurlijke barrière vormt tussen de interne inhoud en de externe omgeving. De structuur van het celmembraan suggereert semi-permeabiliteit, waardoor vocht, voedingsstoffen en vervalproducten er vrij doorheen kunnen gaan. Deze schaal kan de belangrijkste structurele component van de organisatie van de cel worden genoemd.

Overweeg de belangrijkste functies van het celmembraan

1. Scheidt de interne inhoud van de cel en de componenten van de externe omgeving.

2. Helpt een constante chemische samenstelling van de cel te behouden.

3. Reguleert de juiste stofwisseling.

4. Zorgt voor onderlinge verbinding tussen cellen.

5. Herkent signalen.

6. Beveiligingsfunctie.

"Plasmaschaal"

Het buitenste celmembraan, ook wel plasmamembraan genoemd, is een ultramicroscopisch laagje van vijf tot zeven nanometer dik. Het bestaat voornamelijk uit eiwitverbindingen, fosfolide, water. De film is elastisch, absorbeert gemakkelijk water en herstelt ook snel zijn integriteit na beschadiging.

Verschilt in een universele structuur. Dit membraan neemt een grenspositie in, neemt deel aan het proces van selectieve permeabiliteit, uitscheiding van vervalproducten, synthetiseert ze. De relatie met de "buren" en de betrouwbare bescherming van de interne inhoud tegen schade maakt het tot een belangrijk onderdeel in bijvoorbeeld de structuur van de cel. Het celmembraan van dierlijke organismen blijkt soms bedekt te zijn met de dunste laag: glycocalyx, die eiwitten en polysachariden omvat. Plantencellen buiten het membraan worden beschermd door een celwand die als ondersteuning fungeert en zijn vorm behoudt. Het hoofdbestanddeel van de samenstelling is vezels (cellulose) - een polysacharide die onoplosbaar is in water.

Het buitenste celmembraan vervult dus de functie van reparatie, bescherming en interactie met andere cellen.

De structuur van het celmembraan

De dikte van deze beweegbare schaal varieert van zes tot tien nanometer. Het celmembraan van een cel heeft een speciale samenstelling, waarvan de basis de lipidedubbellaag is. De hydrofobe staarten, die inert zijn voor water, bevinden zich aan de binnenkant, terwijl de hydrofiele koppen, die in wisselwerking staan ​​met water, naar buiten zijn gericht. Elk lipide is een fosfolipide, die het resultaat is van de interactie van stoffen zoals glycerol en sfingosine. De lipidenscaffold is nauw omgeven door eiwitten, die zich in een niet-doorlopende laag bevinden. Sommigen van hen worden ondergedompeld in de lipidenlaag, de rest gaat er doorheen. Hierdoor ontstaan ​​waterdoorlatende gebieden. De functies die door deze eiwitten worden uitgevoerd, zijn verschillend. Sommigen van hen zijn enzymen, de rest zijn transporteiwitten die verschillende stoffen van de externe omgeving naar het cytoplasma transporteren en omgekeerd.

Het celmembraan is doordrongen en nauw verbonden met integrale eiwitten, terwijl de verbinding met perifere eiwitten minder sterk is. Deze eiwitten vervullen een belangrijke functie, namelijk het behouden van de structuur van het membraan, het ontvangen en omzetten van signalen uit de omgeving, het transporteren van stoffen en het katalyseren van reacties die op membranen plaatsvinden.

Verbinding

De basis van het celmembraan is een bimoleculaire laag. Vanwege zijn continuïteit heeft de cel barrière- en mechanische eigenschappen. In verschillende levensfasen kan deze dubbellaag verstoord raken. Als resultaat worden structurele defecten van doorgaande hydrofiele poriën gevormd. In dit geval kunnen absoluut alle functies van een dergelijke component als een celmembraan veranderen. In dit geval kan de kern last hebben van externe invloeden.

Eigenschappen

Het celmembraan van een cel heeft interessante kenmerken. Vanwege zijn vloeibaarheid is deze schaal geen stijve structuur en beweegt het grootste deel van de eiwitten en lipiden waaruit de samenstelling bestaat vrij op het vlak van het membraan.

Over het algemeen is het celmembraan asymmetrisch, dus de samenstelling van de eiwit- en lipidelagen is anders. Plasmamembranen in dierlijke cellen hebben aan de buitenkant een glycoproteïnelaag, die receptor- en signaalfuncties vervult, en ook een belangrijke rol speelt in het proces van het combineren van cellen tot weefsel. Het celmembraan is polair, dat wil zeggen dat de lading aan de buitenkant positief is en aan de binnenkant negatief. Naast al het bovenstaande heeft het celmembraan selectief inzicht.

Dit betekent dat er naast water slechts een bepaalde groep moleculen en ionen van opgeloste stoffen in de cel wordt toegelaten. De concentratie van een stof zoals natrium is in de meeste cellen veel lager dan in de externe omgeving. Voor kaliumionen is een andere verhouding kenmerkend: hun aantal in de cel is veel hoger dan in de omgeving. In dit opzicht hebben natriumionen de neiging het celmembraan binnen te dringen, terwijl kaliumionen de neiging hebben buiten vrij te komen. Onder deze omstandigheden activeert het membraan een speciaal systeem dat een “pompende” rol vervult, waardoor de concentratie van stoffen gelijk wordt gemaakt: natriumionen worden naar het celoppervlak gepompt en kaliumionen worden naar binnen gepompt. Deze functie is opgenomen in de belangrijkste functies van het celmembraan.

Deze neiging van natrium- en kaliumionen om vanaf het oppervlak naar binnen te bewegen, speelt een grote rol bij het transport van suiker en aminozuren naar de cel. Tijdens het actief verwijderen van natriumionen uit de cel creëert het membraan de omstandigheden voor nieuwe instroom van glucose en aminozuren binnenin. Integendeel, tijdens het proces van het overbrengen van kaliumionen naar de cel wordt het aantal "transporters" van vervalproducten van binnen de cel naar de externe omgeving aangevuld.

Hoe wordt de cel gevoed via het celmembraan?

Veel cellen nemen stoffen op via processen zoals fagocytose en pinocytose. In de eerste variant wordt een kleine uitsparing gecreëerd door een flexibel buitenmembraan, waarin het opgevangen deeltje zich bevindt. Vervolgens wordt de diameter van de uitsparing groter totdat het omgeven deeltje het celcytoplasma binnengaat. Door fagocytose worden sommige protozoa, zoals amoeben, evenals bloedcellen - leukocyten en fagocyten, gevoed. Op dezelfde manier absorberen cellen vloeistof die de noodzakelijke voedingsstoffen bevat. Dit fenomeen wordt pinocytose genoemd.

Het buitenmembraan is nauw verbonden met het endoplasmatisch reticulum van de cel.

In veel soorten basisweefselcomponenten bevinden zich uitsteeksels, plooien en microvilli op het oppervlak van het membraan. Plantencellen aan de buitenkant van deze schaal zijn bedekt met een andere, dik en duidelijk zichtbaar onder een microscoop. De vezel waaruit ze zijn gemaakt, vormt de ondersteuning voor plantenweefsels zoals hout. Dierlijke cellen hebben ook een aantal externe structuren die bovenop het celmembraan zitten. Ze zijn uitsluitend beschermend van aard, een voorbeeld hiervan is de chitine in de integumentaire cellen van insecten.

Naast het celmembraan is er een intracellulair membraan. Zijn functie is om de cel in verschillende gespecialiseerde gesloten compartimenten te verdelen - compartimenten of organellen, waar een bepaalde omgeving moet worden gehandhaafd.

Het is dus onmogelijk om de rol van een dergelijk onderdeel van de basiseenheid van een levend organisme als celmembraan te overschatten. De structuur en functies impliceren een aanzienlijke uitbreiding van het totale celoppervlak en verbetering van metabolische processen. Deze moleculaire structuur bestaat uit eiwitten en lipiden. Door de cel te scheiden van de externe omgeving, waarborgt het membraan de integriteit ervan. Met zijn hulp worden intercellulaire bindingen op een voldoende sterk niveau gehouden, waardoor weefsels worden gevormd. In dit opzicht kunnen we concluderen dat een van de belangrijkste rollen in de cel wordt gespeeld door het celmembraan. De structuur en functies die het uitvoert, zijn radicaal verschillend in verschillende cellen, afhankelijk van hun doel. Door deze kenmerken wordt een verscheidenheid aan fysiologische activiteit van celmembranen en hun rol in het bestaan ​​van cellen en weefsels bereikt.

Het celmembraan wordt het plasmalemma of plasmamembraan genoemd. De belangrijkste functies van het celmembraan zijn het behouden van de integriteit van de cel en het communiceren met de externe omgeving.

Structuur

Celmembranen zijn samengesteld uit lipoproteïne (vet-eiwit) structuren en zijn 10 nm dik. De wanden van de membranen worden gevormd door drie klassen lipiden:

• fosfolipiden - verbindingen van fosfor en vetten;
• glycolipiden - verbindingen van lipiden en koolhydraten;
• cholesterol (cholesterol) - vetalcohol.

Deze stoffen vormen een vloeibare mozaïekstructuur bestaande uit drie lagen. Fosfolipiden vormen twee buitenste lagen. Ze hebben een hydrofiele kop, waaruit twee hydrofobe staarten zich uitstrekken. De staarten zijn binnen de structuur gedraaid en vormen de binnenste laag. Wanneer cholesterol in de staarten van fosfolipiden wordt opgenomen, wordt het membraan stijf.

Rijst. 1. De structuur van het membraan.

Glycolipiden zijn ingebed tussen fosfolipiden, die een receptorfunctie vervullen, en eiwitten van twee typen:

• perifeer (extern, oppervlakkig) - gelegen op het lipideoppervlak, zonder diep in het membraan door te dringen;
• integraal - ingebed op verschillende niveaus, kan het hele membraan doordringen, alleen de binnenste of buitenste lipidelaag;

Alle eiwitten verschillen in hun structuur en vervullen verschillende functies. Bolvormige eiwitverbindingen hebben bijvoorbeeld een hydrofoob-hydrofiele structuur en vervullen een transportfunctie.

TOP 4 artikelendie meelezen

Rijst. 2. Soorten membraaneiwitten.

Het plasmalemma is een vloeibare structuur, omdat lipiden zijn niet met elkaar verbonden, maar eenvoudigweg in dichte rijen gerangschikt. Door deze eigenschap kan het membraan van configuratie veranderen, mobiel en elastisch zijn en ook het transport van stoffen uitvoeren.

Functies

Wat zijn de functies van het celmembraan?

• barrière - scheidt de inhoud van de cel van de externe omgeving;
• vervoer - reguleert de stofwisseling;
• enzymatisch - voert enzymatische reacties uit;
• receptor - herkent externe prikkels.

De belangrijkste functie is het transport van stoffen tijdens de stofwisseling. Vloeibare en vaste stoffen komen voortdurend de cel binnen vanuit de externe omgeving. De ruilproducten komen naar buiten. Alle stoffen passeren het celmembraan. Transport vindt op verschillende manieren plaats, die in de tabel worden beschreven.

Rijst. 3. Endocytose en exocytose.

Actief transport van moleculen van stoffen (natrium-kaliumpomp) wordt uitgevoerd met behulp van eiwitstructuren die in het membraan zijn ingebouwd en vereist het verbruik van energie in de vorm van ATP.

Gemiddelde score: 4.7. Totaal ontvangen beoordelingen: 289.