De structuur van het buitenste celmembraan kort. De structuur en eigenschappen van biologische celmembranen

biologische membranen- de algemene naam van functioneel actieve oppervlaktestructuren die cellen (cellulaire of plasmamembranen) en intracellulaire organellen (membranen van mitochondriën, kernen, lysosomen, endoplasmatisch reticulum, enz.) beperken. Ze bevatten lipiden, eiwitten, heterogene moleculen (glycoproteïnen, glycolipiden) en, afhankelijk van de uitgevoerde functie, talrijke kleine componenten: co-enzymen, nucleïnezuren, antioxidanten, carotenoïden, anorganische ionen, enz.

De gecoördineerde werking van membraansystemen - receptoren, enzymen, transportmechanismen - helpt de celhomeostase in stand te houden en tegelijkertijd snel te reageren op veranderingen in de externe omgeving.

Tot belangrijkste functies van biologische membranen kan worden toegeschreven:

scheiding van de cel van de omgeving en de vorming van intracellulaire compartimenten (compartimenten);

controle en regulering van het transport van een grote verscheidenheid aan stoffen door membranen;

deelname aan het verschaffen van intercellulaire interacties, transmissie van signalen in de cel;

omzetting van de energie van organische voedselsubstanties in de energie van chemische bindingen van ATP-moleculen.

De moleculaire organisatie van het plasma(cel)membraan in alle cellen is ongeveer hetzelfde: het bestaat uit twee lagen lipidemoleculen met daarin veel specifieke eiwitten. Sommige membraaneiwitten hebben enzymatische activiteit, terwijl andere voedingsstoffen uit de omgeving binden en zorgen voor hun transport naar de cel via membranen. Membraaneiwitten onderscheiden zich door de aard van hun associatie met membraanstructuren. Sommige eiwitten, genaamd extern of perifeer , losjes gebonden aan het oppervlak van het membraan, andere, genaamd intern of geïntegreerd , zijn ondergedompeld in het membraan. Perifere eiwitten worden gemakkelijk geëxtraheerd, terwijl integrale eiwitten alleen kunnen worden geïsoleerd met behulp van detergentia of organische oplosmiddelen. Op afb. 4 toont de structuur van het plasmamembraan.

De buitenste of plasmamembranen van veel cellen, evenals de membranen van intracellulaire organellen, zoals mitochondriën, chloroplasten, werden geïsoleerd in een vrije vorm en hun moleculaire samenstelling werd bestudeerd. Alle membranen bevatten polaire lipiden in een hoeveelheid variërend van 20 tot 80% van hun massa, afhankelijk van het type membranen, de rest wordt voornamelijk veroorzaakt door eiwitten. Dus in de plasmamembranen van dierlijke cellen is de hoeveelheid eiwitten en lipiden in de regel ongeveer hetzelfde; het binnenste mitochondriale membraan bevat ongeveer 80% eiwitten en slechts 20% lipiden, terwijl de myelinemembranen van hersencellen daarentegen ongeveer 80% lipiden en slechts 20% eiwitten bevatten.

Rijst. 4. Structuur van het plasmamembraan

Het lipidegedeelte van de membranen is een mengsel van verschillende soorten polaire lipiden. Polaire lipiden, waaronder fosfoglycerolipiden, sfingolipiden en glycolipiden, worden niet opgeslagen in vetcellen, maar worden opgenomen in celmembranen en in strikt gedefinieerde verhoudingen.

Alle polaire lipiden in membranen worden tijdens het metabolisme voortdurend vernieuwd; onder normale omstandigheden ontstaat er een dynamische stationaire toestand in de cel, waarin de snelheid van lipidesynthese gelijk is aan de snelheid van hun verval.

De membranen van dierlijke cellen bevatten voornamelijk fosfoglycerolipiden en in mindere mate sfingolipiden; triacylglycerolen worden alleen in sporenhoeveelheden gevonden. Sommige membranen van dierlijke cellen, vooral de buitenste plasmamembraan, bevatten aanzienlijke hoeveelheden cholesterol en zijn esters (Fig. 5).

Afb.5. Membraan lipiden

Momenteel is het algemeen aanvaarde model voor de structuur van membranen het vloeibare mozaïekmodel dat in 1972 werd voorgesteld door S. Singer en J. Nicholson.

Volgens haar zijn eiwitten te vergelijken met ijsbergen die in een vette zee drijven. Zoals hierboven vermeld, zijn er 2 soorten membraaneiwitten: integraal en perifeer. Integrale eiwitten dringen het membraan door, ze zijn amfipathische moleculen. Perifere eiwitten dringen niet door het membraan en zijn er minder sterk mee geassocieerd. Het belangrijkste continue deel van het membraan, dat wil zeggen de matrix, is de polaire lipide dubbellaag. Bij normale celtemperatuur bevindt de matrix zich in een vloeibare toestand, wat wordt verzekerd door een bepaalde verhouding tussen verzadigde en onverzadigde vetzuren in de hydrofobe staarten van polaire lipiden.

Het vloeibare mozaïekmodel suggereert ook dat er op het oppervlak van integrale eiwitten die zich in het membraan bevinden R-groepen van aminozuurresiduen zijn (voornamelijk hydrofobe groepen, waardoor eiwitten lijken te "oplossen" in het centrale hydrofobe deel van de dubbellaag). Tegelijkertijd zijn er op het oppervlak van perifere of externe eiwitten voornamelijk hydrofiele R-groepen, die worden aangetrokken door de hydrofiele geladen polaire koppen van lipiden als gevolg van elektrostatische krachten. Integrale eiwitten, en deze omvatten enzymen en transporteiwitten, zijn alleen actief als ze zich in het hydrofobe deel van de dubbellaag bevinden, waar ze de ruimtelijke configuratie krijgen die nodig is voor de manifestatie van activiteit (Fig. 6). Er moet nogmaals worden benadrukt dat er geen covalente bindingen worden gevormd tussen de moleculen in de dubbellaag, noch tussen de eiwitten en lipiden van de dubbellaag.

Afb.6. Membraan eiwitten

Membraaneiwitten kunnen vrij bewegen in het laterale vlak. Perifere eiwitten drijven letterlijk op het oppervlak van de dubbellaagse "zee", terwijl integrale eiwitten, zoals ijsbergen, bijna volledig ondergedompeld zijn in de koolwaterstoflaag.

De meeste membranen zijn asymmetrisch, dat wil zeggen dat ze ongelijke zijden hebben. Deze asymmetrie komt tot uiting in het volgende:

Ten eerste het feit dat de binnen- en buitenzijden van de plasmamembranen van bacteriële en dierlijke cellen verschillen in de samenstelling van polaire lipiden. De binnenste lipidelaag van menselijke erytrocytenmembranen bevat bijvoorbeeld voornamelijk fosfatidylethanolamine en fosfatidylserine, terwijl de buitenste lipidelaag fosfatidylcholine en sfingomyeline bevat.

· ten tweede werken sommige transportsystemen in membranen slechts in één richting. Zo hebben erytrocytenmembranen een transportsysteem (“pomp”) dat Na+-ionen van de cel naar de omgeving pompt, en K+-ionen de cel in vanwege de energie die vrijkomt bij ATP-hydrolyse.

Ten derde bevat het buitenoppervlak van het plasmamembraan een zeer groot aantal oligosacharidegroepen, die de hoofden zijn van glycolipiden en oligosacharidezijketens van glycoproteïnen, terwijl er praktisch geen oligosacharidegroepen op het binnenoppervlak van het plasmamembraan zijn.

De asymmetrie van biologische membranen blijft behouden vanwege het feit dat de overdracht van individuele fosfolipidemoleculen van de ene kant van de lipidedubbellaag naar de andere om energetische redenen erg moeilijk is. Het polaire lipidemolecuul kan vrij bewegen aan zijn kant van de dubbellaag, maar is beperkt in zijn vermogen om naar de andere kant te springen.

De mobiliteit van lipiden hangt af van het relatieve gehalte en het type onverzadigde vetzuren dat aanwezig is. De koolwaterstofaard van vetzuurketens geeft de membraaneigenschappen van vloeibaarheid, mobiliteit. In aanwezigheid van cis-onverzadigde vetzuren zijn de cohesiekrachten tussen ketens zwakker dan in het geval van verzadigde vetzuren alleen, en lipiden behouden zelfs bij lage temperaturen een hoge mobiliteit.

Aan de buitenzijde van de membranen bevinden zich specifieke herkenningsplaatsen met als functie het herkennen van bepaalde moleculaire signalen. Het is bijvoorbeeld door het membraan dat sommige bacteriën kleine veranderingen in de nutriëntenconcentratie waarnemen, wat hun beweging naar de voedselbron stimuleert; dit fenomeen heet chemotaxis.

De membranen van verschillende cellen en intracellulaire organellen hebben een bepaalde specificiteit vanwege hun structuur, chemische samenstelling en functies. De volgende hoofdgroepen membranen in eukaryote organismen worden onderscheiden:

plasmamembraan (buitenste celmembraan, plasmalemma),

het kernmembraan

Het endoplasmatisch reticulum

membranen van het Golgi-apparaat, mitochondriën, chloroplasten, myeline-omhulsels,

prikkelbare membranen.

In prokaryotische organismen zijn er, naast het plasmamembraan, intracytoplasmatische membraanformaties; in heterotrofe prokaryoten worden ze genoemd mesosomen. Deze laatste worden gevormd door invaginatie in het buitenste celmembraan en blijven er in sommige gevallen mee in contact.

erytrocyten membraan bestaat uit eiwitten (50%), lipiden (40%) en koolhydraten (10%). Het grootste deel van koolhydraten (93%) wordt geassocieerd met eiwitten, de rest - met lipiden. In het membraan zijn lipiden asymmetrisch gerangschikt in tegenstelling tot de symmetrische opstelling in micellen. Cephaline wordt bijvoorbeeld voornamelijk aangetroffen in de binnenste laag van lipiden. Deze asymmetrie wordt blijkbaar gehandhaafd vanwege de transversale beweging van fosfolipiden in het membraan, uitgevoerd met behulp van membraaneiwitten en vanwege de energie van het metabolisme. In de binnenste laag van het erytrocytmembraan bevinden zich voornamelijk sfingomyeline, fosfatidylethanolamine, fosfatidylserine, in de buitenste laag - fosfatidylcholine. Het erytrocytenmembraan bevat een integraal glycoproteïne glycoforine, bestaande uit 131 aminozuurresten die het membraan binnendringen, en het zogenaamde band 3-eiwit, bestaande uit 900 aminozuurresten. De koolhydraatcomponenten van glycoforine vervullen een receptorfunctie voor influenzavirussen, fytohemagglutinines en een aantal hormonen. Een ander integraal eiwit dat weinig koolhydraten bevat en het membraan penetreert, werd ook gevonden in het erytrocytenmembraan. Hij heet tunnel eiwit(component a), aangezien wordt aangenomen dat het een kanaal voor anionen vormt. Het perifere eiwit geassocieerd met de binnenkant van het erytrocytenmembraan is spectrine.

Myeline membranen , omringende axonen van neuronen, zijn meerlagig, ze bevatten een grote hoeveelheid lipiden (ongeveer 80%, waarvan de helft fosfolipiden). De eiwitten van deze membranen zijn belangrijk voor de fixatie van boven elkaar liggende membraanzouten.

chloroplastmembranen. Chloroplasten zijn bedekt met een tweelaags membraan. Het buitenmembraan vertoont enige gelijkenis met dat van mitochondriën. Naast dit oppervlaktemembraan hebben chloroplasten een intern membraansysteem - lamellen. Lamellen vormen of afgeplatte blaasjes - thylakoïden, die zich boven elkaar bevinden, worden verzameld in verpakkingen (grana) of vormen een membraansysteem van het stroma (stromale lamellen). Lamella gran en stroma aan de buitenzijde van het thylakoïdemembraan zijn geconcentreerde hydrofiele groepen, galacto- en sulfolipiden. Het fytolische deel van het chlorofylmolecuul is ondergedompeld in de bol en staat in contact met de hydrofobe groepen van eiwitten en lipiden. De porfyrinekernen van chlorofyl zijn voornamelijk gelokaliseerd tussen de aangrenzende membranen van de thylakoïden van de gran.

Binnenste (cytoplasmatische) membraan van bacteriën vergelijkbaar in structuur met de binnenmembranen van chloroplasten en mitochondriën. Het bevat enzymen van de ademhalingsketen, actief transport; enzymen die betrokken zijn bij de vorming van membraancomponenten. De belangrijkste component van bacteriële membranen zijn eiwitten: de eiwit/lipide-verhouding (in gewicht) is 3:1. Het buitenmembraan van gramnegatieve bacteriën bevat, vergeleken met het cytoplasmatische, een kleinere hoeveelheid verschillende fosfolipiden en eiwitten. Beide membranen verschillen in lipidensamenstelling. Het buitenmembraan bevat eiwitten die poriën vormen voor de penetratie van veel stoffen met een laag molecuulgewicht. Een kenmerkende component van het buitenmembraan is ook een specifiek lipopolysacharide. Een aantal buitenmembraaneiwitten dienen als receptoren voor fagen.

Virus membraan. Onder virussen zijn membraanstructuren kenmerkend voor die welke een nucleocapside bevatten, dat bestaat uit een eiwit en een nucleïnezuur. Deze "kern" van virussen is omgeven door een membraan (envelop). Het bestaat ook uit een dubbellaag van lipiden met daarin opgenomen glycoproteïnen, die zich voornamelijk op het oppervlak van het membraan bevinden. Bij een aantal virussen (microvirussen) komt 70-80% van alle eiwitten de membranen binnen, de overige eiwitten zitten in het nucleocapside.

Celmembranen zijn dus zeer complexe structuren; hun samenstellende moleculaire complexen vormen een geordend tweedimensionaal mozaïek, dat de biologische specificiteit van het membraanoppervlak geeft.

De fundamentele structurele eenheid 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, beweging, moet de schaal plastisch en dicht zijn.

Geschiedenis van de ontdekking en het onderzoek van het celmembraan

In 1925 deden Grendel en Gorder een succesvol experiment om de "schaduwen" van erytrocyten of lege omhulsels te identificeren. Ondanks verschillende grove fouten ontdekten wetenschappers de lipide dubbellaag. Hun werk werd voortgezet door Danielli, Dawson in 1935, Robertson in 1960. Als resultaat van vele jaren werk en de opeenstapeling van argumenten in 1972, creëerden Singer en Nicholson 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 begon meer dan honderd jaar geleden te worden gebruikt, vertaald uit het Latijn betekent het "film", "huid". Geef 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 en 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 interconnectie tussen cellen.

5. Herkent signalen.

6. Beschermingsfunctie.

"Plasmaschelp"

Het buitenste celmembraan, ook wel het plasmamembraan genoemd, is een ultramicroscopische film van vijf tot zeven nanometer dik. Het bestaat voornamelijk uit eiwitverbindingen, fosfolide, water. De film is elastisch, neemt gemakkelijk water op 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 beschadiging maakt het 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 polysacchariden bevat. Plantencellen buiten het membraan worden beschermd door een celwand die als ondersteuning fungeert en 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 gekeerd. Elk lipide is een fosfolipide, dat het resultaat is van de interactie van stoffen zoals glycerol en sfingosine. De lipide-scaffold is nauw omgeven door eiwitten, die zich in een niet-continue laag bevinden. Sommigen van hen zijn ondergedompeld in de lipidelaag, de rest gaat erdoorheen. 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 vervoeren en vice versa.

Het celmembraan is doordrongen van en nauw verbonden met integrale eiwitten, terwijl de verbinding met perifere eiwitten minder sterk is. Deze eiwitten vervullen een belangrijke functie, namelijk het in stand houden 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. Door zijn continuïteit heeft de cel barrière- en mechanische eigenschappen. In verschillende levensfasen kan deze dubbellaag worden verstoord. 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.

Eigendommen

Het celmembraan van een cel heeft interessante eigenschappen. Vanwege zijn vloeibaarheid is deze schaal geen rigide 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 een glycoproteïnelaag aan hun buitenzijde, die receptor- en signaalfuncties vervult, en speelt ook een belangrijke rol 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 naast water slechts een bepaalde groep moleculen en ionen van opgeloste stoffen de cel in mogen. De concentratie van een stof als 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 om het celmembraan binnen te dringen en hebben kaliumionen de neiging om buiten vrij te komen. Onder deze omstandigheden activeert het membraan een speciaal systeem dat een "pompende" rol vervult en de concentratie van stoffen egaliseert: 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 voorwaarden voor nieuwe instroom van glucose en aminozuren binnenin. Integendeel, tijdens 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 door het celmembraan?

Veel cellen nemen stoffen op via processen als fagocytose en pinocytose. In de eerste variant wordt een kleine uitsparing gecreëerd door een flexibel buitenmembraan, waarin het opgevangen deeltje zich bevindt. Dan 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. Evenzo absorberen cellen vloeistof die de nodige voedingsstoffen bevat. Dit fenomeen wordt pinocytose genoemd.

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

In veel soorten basisweefselcomponenten bevinden uitsteeksels, plooien en microvilli zich op het oppervlak van het membraan. Plantencellen aan de buitenkant van deze schil zijn bedekt met een andere, dik en duidelijk zichtbaar onder een microscoop. De vezels waarvan ze zijn gemaakt, vormen 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 te verdelen in verschillende gespecialiseerde gesloten compartimenten - compartimenten of organellen, waar een bepaalde omgeving moet worden gehandhaafd.

Het is dus onmogelijk om de rol van een dergelijke component van de basiseenheid van een levend organisme als een celmembraan te overschatten. De structuur en functies impliceren een significante uitbreiding van het totale celoppervlak, verbetering van metabolische processen. Deze moleculaire structuur bestaat uit eiwitten en lipiden. Door de cel te scheiden van de externe omgeving, zorgt het membraan voor 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 vervult, 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.

Alle levende organismen op aarde bestaan ​​uit cellen en elke cel is omgeven door een beschermend omhulsel - een membraan. De functies van het membraan zijn echter niet beperkt tot het beschermen van organellen en het scheiden van de ene cel van de andere. Het celmembraan is een complex mechanisme dat direct betrokken is bij reproductie, regeneratie, voeding, ademhaling en vele andere belangrijke celfuncties.

De term "celmembraan" wordt al ongeveer honderd jaar gebruikt. Het woord "membraan" in vertaling uit het Latijn betekent "film". Maar in het geval van een celmembraan zou het juister zijn om te spreken van een combinatie van twee films die op een bepaalde manier met elkaar verbonden zijn, bovendien hebben verschillende kanten van deze films verschillende eigenschappen.

Het celmembraan (cytolemma, plasmalemma) is een drielaags lipoproteïne (vet-eiwit) omhulsel dat elke cel scheidt van aangrenzende cellen en de omgeving, en zorgt voor een gecontroleerde uitwisseling tussen cellen en de omgeving.

Doorslaggevend in deze definitie is niet dat het celmembraan de ene cel van de andere scheidt, maar dat het zorgt voor de interactie met andere cellen en de omgeving. Het membraan is een zeer actieve, constant werkende structuur van de cel, waaraan door de natuur vele functies zijn toegewezen. Uit ons artikel leert u alles over de samenstelling, structuur, eigenschappen en functies van het celmembraan, evenals het gevaar voor de menselijke gezondheid door verstoringen in het functioneren van celmembranen.

Geschiedenis van celmembraanonderzoek

In 1925 konden twee Duitse wetenschappers, Gorter en Grendel, een complex experiment uitvoeren met menselijke rode bloedcellen, erytrocyten. Met behulp van osmotische shock verkregen de onderzoekers de zogenaamde "schaduwen" - lege omhulsels van rode bloedcellen, legden ze vervolgens op één stapel en maten het oppervlak. De volgende stap was het berekenen van de hoeveelheid lipiden in het celmembraan. Met behulp van aceton isoleerden de wetenschappers lipiden uit de "schaduwen" en bepaalden dat ze net genoeg waren voor een dubbele continue laag.

Tijdens het experiment werden echter twee grove fouten gemaakt:

Door het gebruik van aceton kunnen niet alle lipiden uit de membranen worden geïsoleerd;

Het oppervlak van de "schaduwen" werd berekend op basis van droog gewicht, wat ook niet klopt.

Omdat de eerste fout een min gaf in de berekeningen en de tweede een plus, bleek het algehele resultaat verrassend nauwkeurig te zijn, en Duitse wetenschappers brachten de belangrijkste ontdekking naar de wetenschappelijke wereld - de lipide dubbellaag van het celmembraan.

In 1935 kwamen een ander paar onderzoekers, Danielly en Dawson, na lange experimenten met bilipidenfilms, tot de conclusie dat eiwitten aanwezig zijn in celmembranen. Er was geen andere manier om uit te leggen waarom deze films zo'n hoge oppervlaktespanning hebben. Wetenschappers hebben aan het publiek een schematisch model gepresenteerd van een celmembraan, vergelijkbaar met een sandwich, waarbij de rol van sneetjes brood wordt gespeeld door homogene lipide-eiwitlagen, en tussen hen in plaats van olie is leegte.

In 1950 werd met behulp van de eerste elektronenmicroscoop de Danielly-Dawson-theorie gedeeltelijk bevestigd - microfoto's van het celmembraan toonden duidelijk twee lagen bestaande uit lipide- en eiwitkoppen, en daartussen een transparante ruimte die alleen gevuld was met staarten van lipiden en eiwitten.

In 1960 ontwikkelde de Amerikaanse microbioloog J. Robertson op basis van deze gegevens een theorie over de drielaagse structuur van celmembranen, die lange tijd als de enige echte werd beschouwd. Naarmate de wetenschap zich ontwikkelde, ontstonden er echter steeds meer twijfels over de homogeniteit van deze lagen. Vanuit het oogpunt van de thermodynamica is een dergelijke structuur buitengewoon ongunstig - het zou voor cellen erg moeilijk zijn om stoffen door de hele "sandwich" in en uit te transporteren. Bovendien is bewezen dat de celmembranen van verschillende weefsels een verschillende dikte en bevestigingsmethode hebben, wat te wijten is aan verschillende functies van organen.

In 1972 stelden microbiologen S.D. Singer en G.L. Nicholson kon alle inconsistenties van Robertsons theorie verklaren met behulp van een nieuw, vloeibaar-mozaïekmodel van het celmembraan. Wetenschappers hebben ontdekt dat het membraan heterogeen, asymmetrisch is, gevuld met vloeistof en dat de cellen constant in beweging zijn. En de eiwitten waaruit het bestaat, hebben een andere structuur en doel, bovendien bevinden ze zich anders ten opzichte van de bilipidelaag van het membraan.

Celmembranen bevatten drie soorten eiwitten:

Perifeer - bevestigd aan het oppervlak van de film;

semi-integraal- gedeeltelijk doordringen in de bilipidelaag;

Integraal - penetreer het membraan volledig.

Perifere eiwitten worden door elektrostatische interactie geassocieerd met de koppen van membraanlipiden en vormen nooit een continue laag, zoals eerder werd aangenomen, en semi-integrale en integrale eiwitten dienen om zuurstof en voedingsstoffen de cel in te transporteren en om bederf te verwijderen producten ervan en meer voor verschillende belangrijke functies, waarover u later meer zult leren.

Het celmembraan vervult de volgende functies:

Barrière - de doorlaatbaarheid van het membraan voor verschillende soorten moleculen is niet hetzelfde.Om het celmembraan te omzeilen, moet het molecuul een bepaalde grootte, chemische eigenschappen en elektrische lading hebben. Schadelijke of ongeschikte moleculen kunnen door de barrièrefunctie van het celmembraan eenvoudigweg de cel niet binnendringen. Met behulp van de peroxidereactie beschermt het membraan bijvoorbeeld het cytoplasma tegen peroxiden die daarvoor gevaarlijk zijn;

Transport - een passieve, actieve, gereguleerde en selectieve uitwisseling gaat door het membraan. Passief metabolisme is geschikt voor vetoplosbare stoffen en gassen bestaande uit zeer kleine moleculen. Dergelijke stoffen dringen de cel in en uit zonder energieverbruik, vrijelijk door diffusie. De actieve transportfunctie van het celmembraan wordt geactiveerd indien nodig, maar moeilijk te transporteren stoffen moeten de cel in of uit worden gedragen. Bijvoorbeeld die met een grote moleculaire grootte of die niet in staat zijn de bilipidelaag te passeren vanwege hydrofobiciteit. Dan beginnen eiwitpompen te werken, waaronder ATPase, dat verantwoordelijk is voor de opname van kaliumionen in de cel en de uitwerping van natriumionen daaruit. Gereguleerd transport is essentieel voor secretie- en fermentatiefuncties, zoals wanneer cellen hormonen of maagsap produceren en afscheiden. Al deze stoffen verlaten de cellen via speciale kanalen en in een bepaald volume. En de selectieve transportfunctie is geassocieerd met de zeer integrale eiwitten die het membraan binnendringen en dienen als een kanaal voor het binnenkomen en verlaten van strikt gedefinieerde soorten moleculen;

Matrix - het celmembraan bepaalt en fixeert de locatie van organellen ten opzichte van elkaar (kern, mitochondriën, chloroplasten) en regelt de interactie daartussen;

Mechanisch - zorgt voor de beperking van de ene cel van de andere en tegelijkertijd voor de juiste verbinding van cellen in een homogeen weefsel en de weerstand van organen tegen vervorming;

Beschermend - zowel bij planten als bij dieren dient het celmembraan als basis voor het bouwen van een beschermend frame. Een voorbeeld is hard hout, dichte schil, stekelige doornen. In de dierenwereld zijn er ook veel voorbeelden van de beschermende functie van celmembranen - schildpadschild, chitineuze schaal, hoeven en hoorns;

Energie - de processen van fotosynthese en cellulaire ademhaling zouden onmogelijk zijn zonder de deelname van celmembraaneiwitten, omdat cellen met behulp van eiwitkanalen energie uitwisselen;

Receptor - eiwitten ingebed in het celmembraan kunnen een andere belangrijke functie hebben. Ze dienen als receptoren waardoor de cel een signaal ontvangt van hormonen en neurotransmitters. En dit is op zijn beurt nodig voor de geleiding van zenuwimpulsen en het normale verloop van hormonale processen;

Enzymatisch - een andere belangrijke functie die inherent is aan sommige eiwitten van celmembranen. In het darmepitheel worden bijvoorbeeld spijsverteringsenzymen gesynthetiseerd met behulp van dergelijke eiwitten;

Biopotentieel- de concentratie van kaliumionen in de cel is veel hoger dan buiten, en de concentratie van natriumionen daarentegen is buiten groter dan binnen. Dit verklaart het potentiaalverschil: binnen de cel is de lading negatief, buiten is deze positief, wat bijdraagt ​​aan de beweging van stoffen in de cel en naar buiten in elk van de drie soorten metabolisme - fagocytose, pinocytose en exocytose;

Markering - op het oppervlak van celmembranen zijn er zogenaamde "labels" - antigenen bestaande uit glycoproteïnen (eiwitten met vertakte zijketens van oligosachariden eraan). Omdat zijketens een enorme verscheidenheid aan configuraties kunnen hebben, krijgt elk type cel zijn eigen unieke label waardoor andere cellen in het lichaam ze "op zicht" kunnen herkennen en er correct op kunnen reageren. Dat is de reden waarom bijvoorbeeld menselijke immuuncellen, macrofagen, gemakkelijk een vreemdeling herkennen die het lichaam is binnengekomen (infectie, virus) en proberen het te vernietigen. Hetzelfde gebeurt met zieke, gemuteerde en oude cellen - het label op hun celmembraan verandert en het lichaam verwijdert ze.

Cellulaire uitwisseling vindt plaats over membranen en kan worden uitgevoerd via drie hoofdtypen reacties:

Fagocytose is een cellulair proces waarbij fagocytische cellen ingebed in het membraan vaste deeltjes voedingsstoffen opvangen en verteren. In het menselijk lichaam wordt fagocytose uitgevoerd door membranen van twee soorten cellen: granulocyten (granulaire leukocyten) en macrofagen (immuunkillercellen);

Pinocytose is het proces van het opvangen van vloeibare moleculen die ermee in contact komen door het oppervlak van het celmembraan. Voor voeding door het type pinocytose, groeit de cel dunne donzige uitgroeiingen in de vorm van antennes op het membraan, die als het ware een druppel vloeistof omringen, en een bel wordt verkregen. Ten eerste steekt dit blaasje uit boven het oppervlak van het membraan, en dan wordt het "slikt" - het verbergt zich in de cel en de wanden versmelten met het binnenoppervlak van het celmembraan. Pinocytose komt voor in bijna alle levende cellen;

Exocytose is een omgekeerd proces waarbij blaasjes met een secretoire functionele vloeistof (enzym, hormoon) in de cel worden gevormd en op de een of andere manier uit de cel in de omgeving moeten worden verwijderd. Om dit te doen, versmelt de bel eerst met het binnenoppervlak van het celmembraan, puilt dan naar buiten, barst, verdrijft de inhoud en versmelt opnieuw met het oppervlak van het membraan, dit keer van buitenaf. Exocytose vindt bijvoorbeeld plaats in de cellen van het darmepitheel en de bijnierschors.

Celmembranen bevatten drie klassen lipiden:

Fosfolipiden;

Glycolipiden;

cholesterol.

Fosfolipiden (een combinatie van vetten en fosfor) en glycolipiden (een combinatie van vetten en koolhydraten) bestaan ​​op hun beurt uit een hydrofiele kop, van waaruit zich twee lange hydrofobe staarten uitstrekken. Maar cholesterol neemt soms de ruimte tussen deze twee staarten in en laat ze niet buigen, waardoor de membranen van sommige cellen stijf worden. Bovendien stroomlijnen cholesterolmoleculen de structuur van celmembranen en voorkomen ze de overgang van polaire moleculen van de ene cel naar de andere.

Maar het belangrijkste onderdeel, zoals blijkt uit de vorige paragraaf over de functies van celmembranen, zijn eiwitten. Hun samenstelling, doel en locatie zijn zeer divers, maar er is iets dat ze allemaal verenigt: ringvormige lipiden bevinden zich altijd rond de eiwitten van celmembranen. Dit zijn speciale vetten die duidelijk gestructureerd en stabiel zijn, meer verzadigde vetzuren in hun samenstelling hebben en samen met "gesponsorde" eiwitten uit membranen worden vrijgegeven. Dit is een soort persoonlijke beschermende schil voor eiwitten, zonder welke ze simpelweg niet zouden werken.

De structuur van het celmembraan is drielaags. In het midden ligt een relatief homogene vloeibare bilipidelaag, die aan beide zijden door eiwitten wordt bedekt met een soort mozaïek, dat gedeeltelijk in de dikte dringt. Dat wil zeggen, het zou verkeerd zijn om te denken dat de buitenste eiwitlagen van celmembranen continu zijn. Eiwitten zijn, naast hun complexe functies, nodig in het membraan om de cellen binnen te gaan en die stoffen eruit te transporteren die de vetlaag niet kunnen binnendringen. Bijvoorbeeld kalium- en natriumionen. Voor hen zijn speciale eiwitstructuren voorzien - ionenkanalen, die we hieronder in meer detail zullen bespreken.

Als je door een microscoop naar het celmembraan kijkt, zie je een laag lipiden gevormd door de kleinste bolvormige moleculen, waarlangs, net als de zee, grote eiwitcellen van verschillende vormen drijven. Precies dezelfde membranen verdelen de interne ruimte van elke cel in compartimenten waarin de kern, chloroplasten en mitochondriën zich comfortabel bevinden. Als er geen aparte "kamers" in de cel zouden zijn, zouden de organellen aan elkaar plakken en zouden ze hun functies niet correct kunnen uitoefenen.

Een cel is een reeks organellen gestructureerd en begrensd door membranen, die betrokken is bij een complex van energie-, metabolische, informatieve en reproductieve processen die zorgen voor de vitale activiteit van het organisme.

Zoals uit deze definitie blijkt, is het membraan de belangrijkste functionele component van elke cel. De betekenis ervan is even groot als die van de kern, mitochondriën en andere celorganellen. En de unieke eigenschappen van het membraan zijn te danken aan zijn structuur: het bestaat uit twee films die op een speciale manier aan elkaar zijn geplakt. Moleculen van fosfolipiden in het membraan bevinden zich met hydrofiele koppen naar buiten en hydrofobe staarten naar binnen. Daarom wordt de ene kant van de film bevochtigd met water en de andere niet. Deze films zijn dus met elkaar verbonden met niet-bevochtigbare zijden naar binnen, waardoor een bilipidelaag wordt gevormd die wordt omringd door eiwitmoleculen. Dit is de "sandwich" -structuur van het celmembraan.

Ionenkanalen van celmembranen

Laten we het werkingsprincipe van ionenkanalen in meer detail bekijken. Waar zijn ze voor nodig? Feit is dat alleen vetoplosbare stoffen vrij door het lipidemembraan kunnen dringen - dit zijn gassen, alcoholen en vetten zelf. Dus in rode bloedcellen is er bijvoorbeeld een constante uitwisseling van zuurstof en koolstofdioxide, en hiervoor hoeft ons lichaam geen extra trucs uit te voeren. Maar hoe zit het als het nodig wordt om waterige oplossingen, zoals natrium- en kaliumzouten, door het celmembraan te transporteren?

Het zou onmogelijk zijn om de weg vrij te maken voor dergelijke stoffen in de bilipidelaag, omdat de gaten onmiddellijk zouden dichtgroeien en aan elkaar zouden plakken, zo is de structuur van elk vetweefsel. Maar de natuur vond, zoals altijd, een uitweg uit de situatie en creëerde speciale eiwittransportstructuren.

Er zijn twee soorten geleidende eiwitten:

Transporters zijn semi-integrale eiwitpompen;

Channeloformers zijn integrale eiwitten.

Eiwitten van het eerste type zijn gedeeltelijk ondergedompeld in de bilipidelaag van het celmembraan en kijken met hun hoofd naar buiten, en in de aanwezigheid van de gewenste stof beginnen ze zich als een pomp te gedragen: ze trekken het molecuul aan en zuigen het in de cel. En eiwitten van het tweede type, integraal, hebben een langwerpige vorm en bevinden zich loodrecht op de bilipidelaag van het celmembraan en dringen deze door en door. Door hen, net als door tunnels, bewegen stoffen die niet door vet kunnen gaan de cel in en uit. Via ionenkanalen dringen kaliumionen de cel binnen en hopen zich daarin op, terwijl natriumionen juist naar buiten worden gebracht. Er is een verschil in elektrische potentialen, zo noodzakelijk voor het goed functioneren van alle cellen van ons lichaam.

De belangrijkste conclusies over de structuur en functies van celmembranen

Theorie ziet er altijd interessant en kansrijk uit als ze bruikbaar is in de praktijk. De ontdekking van de structuur en functies van de celmembranen van het menselijk lichaam stelde wetenschappers in staat een echte doorbraak te bewerkstelligen in de wetenschap in het algemeen en in de geneeskunde in het bijzonder. Het is geen toeval dat we zo uitgebreid hebben stilgestaan ​​bij ionenkanalen, want hier ligt het antwoord op een van de belangrijkste vragen van onze tijd: waarom worden mensen steeds vaker ziek van oncologie?

Kanker eist elk jaar wereldwijd ongeveer 17 miljoen levens en is de vierde belangrijkste doodsoorzaak. Volgens de WHO neemt de incidentie van kanker gestaag toe en tegen eind 2020 zou dit de 25 miljoen per jaar kunnen bereiken.

Wat verklaart de echte epidemie van kanker, en wat heeft de functie van celmembranen ermee te maken? U zult zeggen: de reden is slechte milieuomstandigheden, ondervoeding, slechte gewoonten en ernstige erfelijkheid. En je hebt natuurlijk gelijk, maar als we het probleem in meer detail bespreken, dan is de reden de verzuring van het menselijk lichaam. Bovenstaande negatieve factoren leiden tot verstoring van de celmembranen, remmen de ademhaling en voeding.

Waar een plus moet zijn, wordt een min gevormd en kan de cel niet normaal functioneren. Maar kankercellen hebben geen zuurstof of een alkalische omgeving nodig - ze kunnen een anaëroob type voeding gebruiken. Daarom muteren gezonde cellen in omstandigheden van zuurstofgebrek en afwijkende pH-waarden, die zich willen aanpassen aan de omgeving en kankercellen worden. Zo krijgt een mens kanker. Om dit te voorkomen, hoeft u alleen maar dagelijks voldoende schoon water te drinken en kankerverwekkende stoffen in voedsel op te geven. Maar in de regel zijn mensen zich terdege bewust van schadelijke producten en de behoefte aan water van hoge kwaliteit, en doen ze niets - ze hopen dat de problemen hen zullen omzeilen.

Omdat ze de kenmerken van de structuur en functies van de celmembranen van verschillende cellen kennen, kunnen artsen deze informatie gebruiken om gerichte, gerichte therapeutische effecten op het lichaam te bieden. Veel moderne medicijnen die ons lichaam binnendringen, zijn op zoek naar het juiste "doelwit", dat kunnen ionenkanalen, enzymen, receptoren en biomarkers van celmembranen zijn. Met deze behandelmethode kunt u betere resultaten behalen met minimale bijwerkingen.

Antibiotica van de nieuwste generatie doden, wanneer ze in het bloed worden vrijgegeven, niet alle cellen op een rij, maar zoeken precies naar de cellen van de ziekteverwekker, met de nadruk op markers in de celmembranen. De nieuwste medicijnen tegen migraine, triptanen, vernauwen alleen de ontstoken bloedvaten in de hersenen, met bijna geen effect op het hart en de perifere bloedsomloop. En ze herkennen de benodigde vaten precies aan de eiwitten van hun celmembranen. Er zijn veel van dergelijke voorbeelden, dus we kunnen met vertrouwen zeggen dat kennis over de structuur en functies van celmembranen ten grondslag ligt aan de ontwikkeling van de moderne medische wetenschap en dat jaarlijks miljoenen levens worden gered.

Opleiding: Medisch Instituut in Moskou. I. M. Sechenov, specialiteit - "Geneeskunde" in 1991, in 1993 "Beroepsziekten", in 1996 "Therapie".

tekstvelden

tekstvelden

arrow_upward

Cellen worden gescheiden van de interne omgeving van het lichaam door een cel- of plasmamembraan.

Het membraan zorgt voor:

1) Selectieve penetratie in en uit de cel van moleculen en ionen die nodig zijn om specifieke celfuncties uit te voeren;
2) Selectief transport van ionen door het membraan, waarbij een transmembraan elektrisch potentiaalverschil behouden blijft;
3) De bijzonderheden van intercellulaire contacten.

Door de aanwezigheid in het membraan van talrijke receptoren die chemische signalen waarnemen - hormonen, mediatoren en andere biologisch actieve stoffen, is het in staat om de metabolische activiteit van de cel te veranderen. Membranen zorgen voor de specificiteit van immuunmanifestaties vanwege de aanwezigheid van antigenen erop - structuren die de vorming van antilichamen veroorzaken die specifiek aan deze antigenen kunnen binden.
De kern en organellen van de cel zijn ook gescheiden van het cytoplasma door membranen die de vrije beweging van water en daarin opgeloste stoffen van het cytoplasma naar hen verhinderen en vice versa. Dit schept voorwaarden voor de scheiding van biochemische processen die plaatsvinden in verschillende compartimenten (compartimenten) in de cel.

celmembraan structuur

tekstvelden

tekstvelden

arrow_upward

Het celmembraan is een elastische structuur, met een dikte van 7 tot 11 nm (Fig. 1.1). Het bestaat voornamelijk uit lipiden en eiwitten. Van 40 tot 90% van alle lipiden zijn fosfolipiden - fosfatidylcholine, fosfatidylethanolamine, fosfatidylserine, sfingomyeline en fosfatidylinositol. Een belangrijk onderdeel van het membraan zijn glycolipiden, vertegenwoordigd door cerebrosiden, sulfatiden, gangliosiden en cholesterol.

Rijst. 1.1 Organisatie van het membraan.

De hoofdstructuur van het celmembraan is een dubbele laag van fosfolipide moleculen. Door hydrofobe interacties worden de koolhydraatketens van lipidemoleculen in een verlengde toestand dicht bij elkaar gehouden. Groepen fosfolipidemoleculen van beide lagen interageren met eiwitmoleculen die zijn ondergedompeld in het lipidemembraan. Vanwege het feit dat de meeste lipidecomponenten van de dubbellaag zich in een vloeibare toestand bevinden, heeft het membraan mobiliteit en golft het. De secties, evenals eiwitten die zijn ondergedompeld in de lipidedubbellaag, zullen van het ene deel naar het andere mengen. Mobiliteit (vloeibaarheid) van celmembranen vergemakkelijkt het transport van stoffen door het membraan.

celmembraan eiwitten voornamelijk vertegenwoordigd door glycoproteïnen. Onderscheiden:

integrale eiwitten doordringen door de gehele dikte van het membraan en
perifere eiwitten alleen bevestigd aan het oppervlak van het membraan, voornamelijk aan het binnenste deel.

Perifere eiwitten bijna alle functioneren als enzymen (acetylcholinesterase, zure en alkalische fosfatasen, enz.). Maar sommige enzymen worden ook weergegeven door integrale eiwitten - ATPase.

integrale eiwitten zorgen voor een selectieve uitwisseling van ionen via de membraankanalen tussen de extracellulaire en intracellulaire vloeistof, en werken ook als eiwitten - dragers van grote moleculen.

Membraanreceptoren en antigenen kunnen worden weergegeven door zowel integrale als perifere eiwitten.

Eiwitten grenzend aan het membraan van de cytoplasmatische kant behoren tot: cel cytoskelet . Ze kunnen zich hechten aan membraaneiwitten.

Dus, eiwitstrip 3 (bandnummer tijdens eiwitelektroforese) van erytrocytmembranen wordt gecombineerd tot een ensemble met andere cytoskeletmoleculen - spectrine via het laagmoleculaire eiwit ankyrine (Fig. 1.2).

Spectrine is het belangrijkste eiwit van het cytoskelet en vormt een tweedimensionaal netwerk waaraan actine is gehecht.

acteren vormt microfilamenten, het contractiele apparaat van het cytoskelet.

cytoskelet laat de cel flexibel elastische eigenschappen vertonen, geeft extra sterkte aan het membraan.

De meeste integrale eiwitten zijn glycoproteïnen. Hun koolhydraatgedeelte steekt uit het celmembraan naar buiten. Veel glycoproteïnen hebben een grote negatieve lading vanwege het aanzienlijke gehalte aan siaalzuur (bijvoorbeeld het glycoforinemolecuul). Dit geeft het oppervlak van de meeste cellen een negatieve lading, waardoor andere negatief geladen objecten worden afgestoten. Koolhydraatuitsteeksels van glycoproteïnen dragen bloedgroepantigenen, andere antigene determinanten van de cel, en werken als hormoonbindende receptoren. Glycoproteïnen vormen adhesieve moleculen die ervoor zorgen dat cellen aan elkaar hechten, d.w.z. nauwe intercellulaire contacten.

Kenmerken van het metabolisme in het membraan

tekstvelden

tekstvelden

arrow_upward

Membraancomponenten zijn onderhevig aan veel metabolische transformaties onder invloed van enzymen die zich op hun membraan of erin bevinden. Deze omvatten oxidatieve enzymen die een belangrijke rol spelen bij het modificeren van de hydrofobe elementen van membranen - cholesterol, enz. In membranen, wanneer enzymen - fosfolipasen worden geactiveerd, worden biologisch actieve verbindingen - prostaglandinen en hun derivaten - gevormd uit arachidonzuur. Als gevolg van de activering van het fosfolipidemetabolisme in het membraan, worden tromboxanen en leukotriënen gevormd, die een krachtig effect hebben op de bloedplaatjesadhesie, ontsteking, enz.

Het membraan ondergaat voortdurend vernieuwingsprocessen van zijn componenten. . Zo varieert de levensduur van membraaneiwitten van 2 tot 5 dagen. Er zijn echter mechanismen in de cel die zorgen voor de afgifte van nieuw gesynthetiseerde eiwitmoleculen aan membraanreceptoren, die de opname van het eiwit in het membraan vergemakkelijken. De "herkenning" van deze receptor door het nieuw gesynthetiseerde eiwit wordt vergemakkelijkt door de vorming van een signaalpeptide, dat helpt om de receptor op het membraan te vinden.

Membraanlipiden hebben ook een significante stofwisseling., die een grote hoeveelheid vetzuren vereist voor de synthese van deze membraancomponenten.
De specifieke kenmerken van de lipidesamenstelling van celmembranen worden beïnvloed door veranderingen in de menselijke omgeving en de aard van zijn dieet.

Bijvoorbeeld een toename van voedingsvetzuren met onverzadigde bindingen verhoogt de vloeibare toestand van lipiden in celmembranen van verschillende weefsels, leidt tot een verandering in de verhouding van fosfolipiden tot sfingomyelinen en lipiden tot eiwitten die gunstig is voor de functie van het celmembraan.

Overtollig cholesterol in membranen daarentegen verhoogt de microviscositeit van hun dubbellaag van fosfolipidemoleculen, waardoor de diffusiesnelheid van bepaalde stoffen door celmembranen wordt verminderd.

Voeding verrijkt met vitamine A, E, C, P verbetert het lipidenmetabolisme in de erytrocytenmembranen, vermindert de microviscositeit van het membraan. Dit verhoogt de vervormbaarheid van erytrocyten en vergemakkelijkt hun transportfunctie (Hoofdstuk 6).

Tekort aan vetzuren en cholesterol in voedsel verstoort de lipidensamenstelling en functie van celmembranen.

Een vettekort verstoort bijvoorbeeld de functie van het neutrofiele membraan, dat hun vermogen om te bewegen en fagocytose remt (actieve opname en absorptie van microscopisch kleine vreemde levende voorwerpen en vaste deeltjes door eencellige organismen of sommige cellen).

Bij de regulering van de lipidesamenstelling van membranen en hun permeabiliteit, regulering van celproliferatie een belangrijke rol wordt gespeeld door reactieve zuurstofsoorten, die in de cel worden gevormd in samenhang met normale metabolische reacties (microsomale oxidatie, enz.).

Gevormde reactieve zuurstofsoorten- superoxideradicaal (O 2), waterstofperoxide (H 2 O 2), enz. zijn extreem reactieve stoffen. Hun belangrijkste substraat bij oxidatiereacties door vrije radicalen zijn onverzadigde vetzuren, die deel uitmaken van celmembraanfosfolipiden (de zogenaamde lipideperoxidatiereacties). De intensivering van deze reacties kan schade veroorzaken aan het celmembraan, de barrière, receptor en metabole functies, modificatie van nucleïnezuurmoleculen en eiwitten, wat leidt tot mutaties en inactivering van enzymen.

Onder fysiologische omstandigheden wordt de intensivering van lipideperoxidatie gereguleerd door het antioxidantsysteem van cellen, vertegenwoordigd door enzymen die reactieve zuurstofsoorten inactiveren - superoxide-dismutase, catalase, peroxidase en stoffen met antioxiderende activiteit - tocoferol (vitamine E), ubiquinon, enz. A uitgesproken beschermend effect op celmembranen (cytoprotectief effect) met verschillende schadelijke effecten op het lichaam, prostaglandinen E en J2 hebben, "blussen" de activering van vrije radicalen oxidatie. Prostaglandinen beschermen het maagslijmvlies en de hepatocyten tegen chemische schade, neuronen, neurogliacellen, cardiomyocyten - tegen hypoxische schade, skeletspieren - tijdens zware lichamelijke inspanning. Prostaglandinen, die binden aan specifieke receptoren op celmembranen, stabiliseren de dubbellaag van de laatste, verminderen het verlies van fosfolipiden door membranen.

Functies van de membraanreceptor

tekstvelden

tekstvelden

arrow_upward

Een chemisch of mechanisch signaal wordt eerst waargenomen door celmembraanreceptoren. Het gevolg hiervan is de chemische modificatie van membraaneiwitten, wat leidt tot de activering van "tweede boodschappers" die zorgen voor een snelle verspreiding van het signaal in de cel naar zijn genoom, enzymen, contractiele elementen, enz.

Schematisch kan transmembraansignalering in een cel als volgt worden weergegeven:

1) Opgewonden door het waargenomen signaal activeert de receptor de γ-eiwitten van het celmembraan. Dit gebeurt wanneer ze guanosinetrifosfaat (GTP) binden.

2) De interactie van het "GTP-y-eiwitten"-complex activeert op zijn beurt het enzym - de voorloper van secundaire boodschappers, die zich aan de binnenkant van het membraan bevinden.

De voorloper van één secundaire boodschapper - cAMP, gevormd uit ATP, is het enzym adenylaatcyclase;
De voorloper van andere secundaire boodschappers - inositoltrifosfaat en diacylglycerol, gevormd uit membraanfosfatidylinositol-4,5-difosfaat, is het enzym fosfolipase C. Bovendien mobiliseert inositoltrifosfaat een andere secundaire boodschapper in de cel - calciumionen, die betrokken zijn bij bijna alle regulerende processen in de cel. Het resulterende inositoltrifosfaat veroorzaakt bijvoorbeeld de afgifte van calcium uit het endoplasmatisch reticulum en een toename van de concentratie ervan in het cytoplasma, waardoor verschillende vormen van cellulaire respons worden opgenomen. Met behulp van inositoltrifosfaat en diacylglycerol wordt de functie van gladde spieren en B-cellen van de pancreas gereguleerd door acetylcholine, de thyropine-afgevende factor van de hypofysevoorkwab, de respons van lymfocyten op antigeen, enz.
In sommige cellen wordt de rol van de tweede boodschapper vervuld door cGMP, dat wordt gevormd uit GTP met behulp van het enzym guanylaatcyclase. Het dient bijvoorbeeld als tweede boodschapper voor natriuretisch hormoon in de gladde spieren van bloedvatwanden. cAMP dient als een tweede boodschapper voor veel hormonen - adrenaline, erytropoëtine, enz. (Hoofdstuk 3).

biologische membranen.
De term "membraan" (lat. membrana - huid, film) begon meer dan 100 jaar geleden te worden gebruikt om te verwijzen naar de celgrens en diende enerzijds als een barrière tussen de inhoud van de cel en de externe omgeving , en anderzijds als een semi-permeabele scheidingswand waardoor water en sommige stoffen kunnen passeren. De functies van het membraan zijn echter niet uitgeput, omdat biologische membranen de basis vormen van de structurele organisatie van de cel.
De structuur van het membraan. Volgens dit model is het hoofdmembraan een lipide dubbellaag, waarin de hydrofobe staarten van de moleculen naar binnen zijn gedraaid en de hydrofiele koppen naar buiten. Lipiden worden weergegeven door fosfolipiden - derivaten van glycerol of sfingosine. Eiwitten zitten vast aan de lipidenlaag. Integrale (transmembraan) eiwitten dringen het membraan binnen en zijn er stevig mee verbonden; perifere penetratie niet en zijn minder stevig verbonden met het membraan. Functies van membraaneiwitten: het in stand houden van de structuur van membranen, het ontvangen en omzetten van signalen uit de omgeving. milieu, transport van bepaalde stoffen, katalyse van reacties op membranen. de membraandikte is van 6 tot 10 nm.

Membraan eigenschappen:
1. Vloeibaarheid. Het membraan is geen starre structuur; de meeste eiwitten en lipiden kunnen in het vlak van de membranen bewegen.
2. Asymmetrie. De samenstelling van de buitenste en binnenste lagen van zowel eiwitten als lipiden is verschillend. Bovendien hebben de plasmamembranen van dierlijke cellen een laag glycoproteïnen aan de buitenkant (een glycocalyx die signaal- en receptorfuncties vervult en ook belangrijk is voor het verenigen van cellen tot weefsels)
3. Polariteit. De buitenkant van het membraan draagt ​​een positieve lading, terwijl de binnenkant een negatieve lading draagt.
4. Selectieve permeabiliteit. De membranen van levende cellen laten, naast water, alleen bepaalde moleculen en ionen van opgeloste stoffen door (het gebruik van de term "semipermeabiliteit" in relatie tot celmembranen is niet helemaal correct, aangezien dit concept impliceert dat het membraan alleen oplosmiddelen doorlaat. moleculen, met behoud van alle moleculen en opgeloste ionen.)

Het buitenste celmembraan (plasmalemma) is een ultramicroscopische film van 7,5 nm dik, bestaande uit eiwitten, fosfolipiden en water. Elastische film, goed bevochtigd door water en snel herstellend van integriteit na beschadiging. Het heeft een universele structuur, die typisch is voor alle biologische membranen. De grenspositie van dit membraan, zijn deelname aan de processen van selectieve permeabiliteit, pinocytose, fagocytose, uitscheiding van uitscheidingsproducten en synthese, in combinatie met naburige cellen en de cel beschermen tegen schade, maakt zijn rol uiterst belangrijk. Dierlijke cellen buiten het membraan zijn soms bedekt met een dunne laag bestaande uit polysachariden en eiwitten - de glycocalyx. Plantencellen buiten het celmembraan hebben een sterke celwand die een externe ondersteuning creëert en de vorm van de cel behoudt. Het bestaat uit vezels (cellulose), een in water onoplosbaar polysacharide.