Štruktúra bunkovej membrány. Funkcie, význam a štruktúra plazmatickej membrány

Bunková membrána- je to bunková membrána, ktorá plní tieto funkcie: oddelenie obsahu bunky a vonkajšieho prostredia, selektívny transport látok (výmena s vonkajším prostredím bunky), miesto niektorých biochemických reakcií, spojenie buniek do tkanív a recepcie.

Bunkové membrány sa delia na plazmové (vnútrobunkové) a vonkajšie. Hlavnou vlastnosťou akejkoľvek membrány je polopriepustnosť, to znamená schopnosť prechádzať iba určitými látkami. To umožňuje selektívnu výmenu medzi bunkou a vonkajším prostredím alebo výmenu medzi bunkovými kompartmentmi.

Plazmatické membrány sú lipoproteínové štruktúry. Lipidy spontánne vytvárajú dvojvrstvu (dvojvrstvu) a membránové proteíny v nej „plávajú“. Membrány obsahujú niekoľko tisíc rôznych proteínov: štrukturálne, transportéry, enzýmy atď. Medzi molekulami proteínov sú póry, cez ktoré prechádzajú hydrofilné látky (lipidová dvojvrstva bráni ich priamemu prenikaniu do bunky). Na niektoré molekuly na povrchu membrány sú naviazané glykozylové skupiny (monosacharidy a polysacharidy), ktoré sa podieľajú na procese rozpoznávania buniek pri tvorbe tkaniva.

Membrány sa líšia v hrúbke, zvyčajne v rozmedzí od 5 do 10 nm. Hrúbka je určená veľkosťou molekuly amfifilného lipidu a je 5,3 nm. Ďalšie zvýšenie hrúbky membrány je spôsobené veľkosťou komplexov membránových proteínov. V závislosti od vonkajších podmienok (cholesterol je regulátor) sa štruktúra dvojvrstvy môže meniť tak, že sa stáva hustejšou alebo tekutejšou - od toho závisí rýchlosť pohybu látok po membránach.

Medzi bunkové membrány patria: plazmatická membrána, karyolema, membrány endoplazmatického retikula, Golgiho aparát, lyzozómy, peroxizómy, mitochondrie, inklúzie atď.

Lipidy sú nerozpustné vo vode (hydrofóbnosť), ale rozpustné v organických rozpúšťadlách a tukoch (lipofilita). Zloženie lipidov v rôznych membránach nie je rovnaké. Plazmatická membrána napríklad obsahuje veľa cholesterolu. Najbežnejšími lipidmi v membráne sú fosfolipidy (glycerofosfatidy), sfingomyelíny (sfingolipidy), glykolipidy a cholesterol.

Fosfolipidy, sfingomyelíny, glykolipidy pozostávajú z dvoch funkčne odlišných častí: hydrofóbnej nepolárnej, ktorá nenesie náboje – „chvosty“ pozostávajúce z mastných kyselín, a hydrofilnej, ktorá obsahuje nabité polárne „hlavy“ – alkoholové skupiny (napr. glycerol).

Hydrofóbna časť molekuly sa zvyčajne skladá z dvoch mastných kyselín. Jedna z kyselín je nasýtená a druhá je nenasýtená. To určuje schopnosť lipidov spontánne vytvárať dvojvrstvové (bilipidové) membránové štruktúry. Membránové lipidy plnia tieto funkcie: bariéra, transport, proteínové mikroprostredie, elektrický odpor membrány.

Membrány sa navzájom líšia v súbore proteínových molekúl. Mnohé membránové proteíny pozostávajú z oblastí bohatých na polárne (nesúce náboj) aminokyseliny a oblastí s nepolárnymi aminokyselinami (glycín, alanín, valín, leucín). Takéto proteíny v lipidových vrstvách membrán sú umiestnené tak, že ich nepolárne úseky sú akoby ponorené do „tukovej“ časti membrány, kde sa nachádzajú hydrofóbne úseky lipidov. Polárna (hydrofilná) časť týchto proteínov interaguje s lipidovými hlavami a smeruje k vodnej fáze.

Biologické membrány majú spoločné vlastnosti:

membrány sú uzavreté systémy, ktoré nedovoľujú, aby sa obsah bunky a jej kompartmentov premiešal. Porušenie integrity membrány môže viesť k bunkovej smrti;

povrchová (rovinná, laterálna) pohyblivosť. V membránach dochádza k nepretržitému pohybu látok po povrchu;

asymetria membrány. Štruktúra vonkajších a povrchových vrstiev je chemicky, štruktúrne a funkčne heterogénna.

Bunková membrána (plazmatická membrána) je tenká, polopriepustná membrána, ktorá obklopuje bunky.

Funkcia a úloha bunkovej membrány

Jeho funkciou je chrániť integritu vnútra tým, že prepúšťa niektoré esenciálne látky do bunky a bráni iným vniknúť.

Slúži tiež ako základ pre pripojenie k niektorým organizmom a iným. Plazmatická membrána teda zabezpečuje aj tvar bunky. Ďalšou funkciou membrány je regulovať rast buniek prostredníctvom rovnováhy a.

Pri endocytóze sa lipidy a proteíny odstraňujú z bunkovej membrány, keď sa látky absorbujú. Počas exocytózy sa vezikuly obsahujúce lipidy a proteíny spájajú s bunkovou membránou, čím sa zväčšuje veľkosť buniek. a bunky húb majú plazmatické membrány. Vnútorné sú napríklad tiež uzavreté v ochranných membránach.

Štruktúra bunkovej membrány

Plazmatická membrána sa skladá hlavne zo zmesi proteínov a lipidov. V závislosti od umiestnenia a úlohy membrány v tele môžu lipidy tvoriť 20 až 80 percent membrány, zvyšok tvoria proteíny. Zatiaľ čo lipidy pomáhajú dodať membráne pružnosť, proteíny kontrolujú a udržiavajú bunkovú chémiu a pomáhajú pri transporte molekúl cez membránu.

Membránové lipidy

Fosfolipidy sú hlavnou zložkou plazmatických membrán. Tvoria lipidovú dvojvrstvu, v ktorej sa hydrofilné (vodou priťahované) oblasti hlavy spontánne organizujú tak, aby čelili vodnému cytosolu a extracelulárnej tekutine, zatiaľ čo hydrofóbne (vodu odpudzujúce) chvostové oblasti smerovali preč od cytosolu a extracelulárnej tekutiny. Lipidová dvojvrstva je semipermeabilná a umožňuje len niektorým molekulám difundovať cez membránu.

Cholesterol je ďalšou lipidovou zložkou membrán živočíšnych buniek. Molekuly cholesterolu sú selektívne dispergované medzi membránovými fosfolipidmi. To pomáha udržiavať tuhosť bunkových membrán tým, že zabraňuje prílišnej hustote fosfolipidov. Cholesterol chýba v membránach rastlinných buniek.

Glykolipidy sa nachádzajú na vonkajšom povrchu bunkových membrán a sú s nimi spojené sacharidovým reťazcom. Pomáhajú bunke rozpoznať iné bunky v tele.

Membránové proteíny

Bunková membrána obsahuje dva typy asociovaných proteínov. Proteíny periférnej membrány sú externé a sú s ňou spojené interakciou s inými proteínmi. Integrálne membránové proteíny sú zavedené do membrány a väčšina prejde. Časti týchto transmembránových proteínov sa nachádzajú na jej oboch stranách.

Proteíny plazmatickej membrány majú množstvo rôznych funkcií. Štrukturálne proteíny poskytujú bunkám podporu a tvar. Membránové receptorové proteíny pomáhajú bunkám komunikovať s ich vonkajším prostredím pomocou hormónov, neurotransmiterov a iných signálnych molekúl. Transportné proteíny, ako sú globulárne proteíny, transportujú molekuly cez bunkové membrány uľahčenou difúziou. Glykoproteíny majú na seba naviazaný sacharidový reťazec. Sú zabudované v bunkovej membráne a pomáhajú pri výmene a transporte molekúl.

Organelové membrány

Niektoré bunkové organely sú tiež obklopené ochrannými membránami. jadro,

Stručný opis:

Sazonov V.F. 1_1 Štruktúra bunkovej membrány [Elektronický zdroj] // Kineziológ, 2009-2018: [webová stránka]. Dátum aktualizácie: 02/06/2018..__.201_). _Je opísaná štruktúra a fungovanie bunkovej membrány (synonymá: plazmaléma, plazmaléma, biomembrána, bunková membrána, vonkajšia bunková membrána, bunková membrána, cytoplazmatická membrána). Tieto počiatočné informácie sú potrebné pre cytológiu aj pre pochopenie procesov nervovej aktivity: nervová excitácia, inhibícia, fungovanie synapsií a senzorických receptorov.

Bunková membrána (plazma) A lemma alebo plazma O lemma)

Definícia pojmu

Bunková membrána (synonymá: plazmaléma, plazmaléma, cytoplazmatická membrána, biomembrána) je trojitá lipoproteínová (t. j. „tuk-proteínová“) membrána, ktorá oddeľuje bunku od prostredia a vykonáva riadenú výmenu a komunikáciu medzi bunkou a jej prostredím.

Hlavnou vecou v tejto definícii nie je to, že membrána oddeľuje bunku od prostredia, ale práve to spája bunka s prostredím. Membrána je aktívny štruktúra bunky, neustále pracuje.

Biologická membrána je ultratenký bimolekulárny film fosfolipidov pokrytý proteínmi a polysacharidmi. Táto bunková štruktúra je základom bariérových, mechanických a matricových vlastností živého organizmu (Antonov V.F., 1996).

Obrazové znázornenie membrány

Bunková membrána pre mňa vyzerá ako mriežkový plot s mnohými dverami, ktorý obklopuje určité územie. Akýkoľvek malý živý tvor sa môže cez tento plot voľne pohybovať tam a späť. Väčší návštevníci však môžu vojsť len dverami a aj to nie všetkými dverami. Rôzni návštevníci majú kľúče iba od svojich dverí a nemôžu prejsť dverami iných ľudí. Takže cez tento plot neustále prúdia návštevy tam a späť, pretože hlavná funkcia membránového plotu je dvojaká: oddeliť územie od okolitého priestoru a zároveň ho spojiť s okolitým priestorom. To je dôvod, prečo je v plote veľa dier a dverí - !

Vlastnosti membrány

1. Priepustnosť.

2. Polopriepustnosť (čiastočná priepustnosť).

3. Selektívna (synonymum: selektívna) priepustnosť.

4. Aktívna permeabilita (synonymum: aktívny transport).

5. Riadená priepustnosť.

Ako vidíte, hlavnou vlastnosťou membrány je jej priepustnosť pre rôzne látky.

6. Fagocytóza a pinocytóza.

7. Exocytóza.

8. Prítomnosť elektrických a chemických potenciálov, alebo skôr potenciálny rozdiel medzi vnútornou a vonkajšou stranou membrány. Obrazne to môžeme povedať „Membrána premení článok na „elektrickú batériu“ riadením tokov iónov“. Podrobnosti: .

9. Zmeny elektrického a chemického potenciálu.

10. Podráždenosť. Špeciálne molekulárne receptory umiestnené na membráne sa môžu spojiť so signálnymi (riadiacimi) látkami, v dôsledku čoho sa môže zmeniť stav membrány a celej bunky. Molekulové receptory spúšťajú biochemické reakcie ako odpoveď na spojenie ligandov (kontrolných látok) s nimi. Je dôležité si uvedomiť, že signálna látka pôsobí na receptor zvonku a zmeny pokračujú aj vo vnútri bunky. Ukazuje sa, že membrána prenášala informácie z prostredia do vnútorného prostredia bunky.

11. Katalytická enzymatická aktivita. Enzýmy môžu byť vložené do membrány alebo spojené s jej povrchom (vo vnútri aj mimo bunky) a tam vykonávajú svoje enzymatické aktivity.

12. Zmena tvaru povrchu a jeho plochy. To umožňuje membráne vytvárať výrastky smerom von alebo, naopak, invaginácie do bunky.

13. Schopnosť vytvárať kontakty s inými bunkovými membránami.

14. Priľnavosť – schopnosť priľnúť k tvrdým povrchom.

Stručný zoznam vlastností membrány

• Priepustnosť.
• Endocytóza, exocytóza, transcytóza.
• Potenciály.
• Podráždenosť.
• Enzýmová aktivita.
• Kontakty.
• Priľnavosť.

Membránové funkcie

1. Neúplná izolácia vnútorných obsahov od vonkajšieho prostredia.

2. Hlavná vec vo fungovaní bunkovej membrány je výmena rôzne látok medzi bunkou a medzibunkovým prostredím. Je to spôsobené membránovou vlastnosťou priepustnosti. Okrem toho membrána reguluje túto výmenu reguláciou svojej priepustnosti.

3. Ďalšou dôležitou funkciou membrány je vytvára rozdiel v chemických a elektrických potenciáloch medzi jeho vnútornou a vonkajšou stranou. Vďaka tomu má vnútro článku záporný elektrický potenciál - .

4. Membrána tiež vykonáva výmena informácií medzi bunkou a jej prostredím. Špeciálne molekulárne receptory umiestnené na membráne sa dokážu viazať na riadiace látky (hormóny, mediátory, modulátory) a spúšťať v bunke biochemické reakcie vedúce k rôznym zmenám vo fungovaní bunky alebo v jej štruktúrach.

Video:Štruktúra bunkovej membrány

Video prednáška:Podrobnosti o membránovej štruktúre a transporte

Membránová štruktúra

Bunková membrána má univerzálny trojvrstvový štruktúru. Jeho stredná tuková vrstva je súvislá a horná a spodná proteínová vrstva ju pokrýva vo forme mozaiky oddelených proteínových oblastí. Tuková vrstva je základom, ktorý zabezpečuje izoláciu bunky od okolia, izoluje ju od okolia. Sama o sebe veľmi zle prepúšťa látky rozpustné vo vode, ale ľahko prepúšťa látky rozpustné v tukoch. Preto musí byť priepustnosť membrány pre látky rozpustné vo vode (napríklad ióny) zabezpečená špeciálnymi proteínovými štruktúrami - a.

Nižšie sú mikrofotografie skutočných bunkových membrán kontaktujúcich buniek získaných pomocou elektrónového mikroskopu, ako aj schematický nákres znázorňujúci trojvrstvovú štruktúru membrány a mozaikový charakter jej proteínových vrstiev. Ak chcete obrázok zväčšiť, kliknite naň.

Samostatný obraz vnútornej lipidovej (tukovej) vrstvy bunkovej membrány, preniknutej integrálnymi zabudovanými proteínmi. Horná a spodná proteínová vrstva boli odstránené, aby neinterferovali s pozorovaním lipidovej dvojvrstvy

Obrázok vyššie: Čiastočné schematické znázornenie bunkovej membrány (bunkovej membrány), uvedené na Wikipédii.

Upozorňujeme, že tu boli z membrány odstránené vonkajšie a vnútorné proteínové vrstvy, aby sme lepšie videli strednú tukovú lipidovú dvojvrstvu. V skutočnej bunkovej membráne plávajú veľké proteínové „ostrovy“ nad a pod tukovým filmom (na obrázku malé guľôčky) a membrána sa ukáže ako hrubšia, trojvrstvová: proteín-tuk-proteín . Je to teda vlastne taký chlebíček z dvoch proteínových „kúskov chleba“ s mastnou vrstvou „masla“ uprostred, t.j. má trojvrstvovú štruktúru, nie dvojvrstvovú.

Na tomto obrázku malé modré a biele guľôčky zodpovedajú hydrofilným (zmáčateľným) „hlavám“ lipidov a „reťazce“ k nim pripojené zodpovedajú hydrofóbnym (nezmáčateľným) „chvostom“. Z proteínov sú zobrazené iba integrálne membránové proteíny typu end-to-end (červené globule a žlté helixy). Žlté oválne bodky vo vnútri membrány sú molekuly cholesterolu.Žltozelené reťazce guľôčok na vonkajšej strane membrány sú reťazce oligosacharidov, ktoré tvoria glykokalyx. Glykokalyx je druh uhľohydrátového („cukrového“) „chumáča“ na membráne, ktorý tvoria dlhé molekuly sacharidov a bielkovín, ktoré z nej trčia.

Living je malý „proteínovo-tukový vak“ naplnený polotekutým rôsolovitým obsahom, ktorý je preniknutý filmami a hadičkami.

Steny tohto vaku sú tvorené dvojitým tukovým (lipidovým) filmom, pokrytým zvnútra aj zvonka bielkovinami – bunkovou membránou. Preto hovoria, že membrána má trojvrstvová štruktúra : bielkoviny-tuky-bielkoviny. Vo vnútri bunky je tiež veľa podobných tukových membrán, ktoré rozdeľujú jej vnútorný priestor na kompartmenty. Rovnaké membrány obklopujú bunkové organely: jadro, mitochondrie, chloroplasty. Membrána je teda univerzálna molekulárna štruktúra spoločná pre všetky bunky a všetky živé organizmy.

Vľavo už nie je skutočný, ale umelý model kúska biologickej membrány: ide o okamžitý záber mastnej fosfolipidovej dvojvrstvy (t.j. dvojitej vrstvy) v procese jej simulácie molekulárnej dynamiky. Je zobrazená výpočtová bunka modelu - 96 molekúl PC ( f osfatidyl X olina) a 2304 molekúl vody, spolu 20544 atómov.

Vpravo je vizuálny model jednej molekuly rovnakého lipidu, z ktorého je zostavená membránová lipidová dvojvrstva. V hornej časti má hydrofilnú (vodu milujúcu) hlavu a v spodnej časti sú dva hydrofóbne (vodu sa obávajúce) chvosty. Tento lipid má jednoduchý názov: 1-steroyl-2-dokosahexaenoyl-Sn-glycero-3-fosfatidylcholín (18:0/22:6(n-3)cis PC), ale nemusíte si ho pamätať, pokiaľ plánujete priviesť svojho učiteľa do mdlôb hĺbkou svojich vedomostí.

Presnejšiu vedeckú definíciu bunky možno poskytnúť:

je usporiadaný, štruktúrovaný, heterogénny systém biopolymérov ohraničený aktívnou membránou, zúčastňujúci sa na jedinom súbore metabolických, energetických a informačných procesov, a tiež udržiavajúcich a reprodukujúcich celý systém ako celok.

Vnútri bunky sú tiež preniknuté membrány a medzi membránami nie je voda, ale viskózny gél/sol s premenlivou hustotou. Preto interagujúce molekuly v bunke neplávajú voľne ako v skúmavke s vodným roztokom, ale väčšinou sedia (imobilizujú) na polymérnych štruktúrach cytoskeletu alebo intracelulárnych membrán. A chemické reakcie preto prebiehajú vo vnútri bunky takmer ako v pevnej látke a nie v kvapaline. Vonkajšia membrána obklopujúca bunku je tiež lemovaná enzýmami a molekulárnymi receptormi, čo z nej robí veľmi aktívnu súčasť bunky.

Bunková membrána (plazmalema, plazmolema) je aktívna membrána, ktorá oddeľuje bunku od okolia a spája ju s okolím. © Sazonov V.F., 2016.

Z tejto definície membrány vyplýva, že neobmedzuje len bunku, ale aktívne pracujúci, spájajúc ho s jeho prostredím.

Tuk, ktorý tvorí membrány, je špeciálny, takže jeho molekuly sa zvyčajne nazývajú nielen tuk, ale "lipidy", "fosfolipidy", "sfingolipidy". Membránová fólia je dvojitá, to znamená, že pozostáva z dvoch fólií zlepených dohromady. Preto v učebniciach píšu, že základ bunkovej membrány tvoria dve lipidové vrstvy (alebo „ dvojvrstvový", t.j. dvojitá vrstva). Pre každú jednotlivú lipidovú vrstvu môže byť jedna strana navlhčená vodou, ale druhá nie. Tieto filmy sa teda navzájom presne lepia svojimi nezmáčateľnými stranami.

Bakteriálna membrána

Prokaryotická bunková stena gramnegatívnych baktérií pozostáva z niekoľkých vrstiev, ako je znázornené na obrázku nižšie.
Vrstvy škrupiny gramnegatívnych baktérií:
1. Vnútorná trojvrstvová cytoplazmatická membrána, ktorá je v kontakte s cytoplazmou.
2. Bunková stena, ktorá pozostáva z mureínu.
3. Vonkajšia trojvrstvová cytoplazmatická membrána, ktorá má rovnaký systém lipidov s proteínovými komplexmi ako vnútorná membrána.
Komunikácia buniek gramnegatívnych baktérií s vonkajším svetom prostredníctvom takejto komplexnej trojstupňovej štruktúry im nedáva výhodu v prežití v drsných podmienkach v porovnaní s grampozitívnymi baktériami, ktoré majú menej výkonnú membránu. Rovnako neznášajú vysoké teploty, zvýšenú kyslosť a zmeny tlaku.

Video prednáška:Plazmatická membrána. E.V. Cheval, Ph.D.

Video prednáška:Membrána ako hranica bunky. A. Ilyaskin

Význam membránových iónových kanálov

Je ľahké pochopiť, že cez membránový tukový film môžu do bunky preniknúť iba látky rozpustné v tukoch. Sú to tuky, alkoholy, plyny. Napríklad v červených krvinkách kyslík a oxid uhličitý ľahko prechádzajú dovnútra a von priamo cez membránu. Ale voda a vo vode rozpustné látky (napríklad ióny) jednoducho nemôžu prejsť cez membránu do žiadnej bunky. To znamená, že vyžadujú špeciálne otvory. Ale ak len urobíte dieru v tukovom filme, okamžite sa zatvorí. Čo robiť? V prírode sa našlo riešenie: je potrebné vyrobiť špeciálne štruktúry na transport proteínov a pretiahnuť ich cez membránu. Presne tak vznikajú kanály na prechod látok nerozpustných v tukoch – iónové kanály bunkovej membrány.

Aby bunka dodala svojej membráne ďalšie vlastnosti permeability pre polárne molekuly (ióny a vodu), syntetizuje v cytoplazme špeciálne proteíny, ktoré sú potom integrované do membrány. Prichádzajú v dvoch typoch: transportné proteíny (napríklad transportné ATPázy) a proteíny tvoriace kanály (stavitelia kanálov). Tieto proteíny sú vložené do tukovej dvojitej vrstvy membrány a tvoria transportné štruktúry vo forme transportérov alebo vo forme iónových kanálov. Cez tieto transportné štruktúry môžu teraz prechádzať rôzne vo vode rozpustné látky, ktoré inak nemôžu prejsť cez film tukovej membrány.

Vo všeobecnosti sa proteíny uložené v membráne nazývajú aj tzv integrálne, práve preto, že sa zdá, že sú zahrnuté v membráne a prenikajú cez ňu. Iné proteíny, ktoré nie sú integrálne, tvoria ostrovčeky, ako to bolo, „plávajúce“ na povrchu membrány: buď na jej vonkajšom povrchu, alebo na jej vnútornom povrchu. Koniec koncov, každý vie, že tuk je dobrý lubrikant a dá sa po ňom ľahko kĺzať!

závery

1. Vo všeobecnosti sa membrána ukazuje ako trojvrstvová:

1) vonkajšia vrstva proteínových „ostrovov“,

2) tukové dvojvrstvové „more“ (lipidová dvojvrstva), t.j. dvojitý lipidový film,

3) vnútorná vrstva proteínových „ostrovov“.

Ale je tu aj voľná vonkajšia vrstva – glykokalyx, ktorá je tvorená glykoproteínmi vyčnievajúcimi z membrány. Sú to molekulárne receptory, na ktoré sa viažu látky riadiace signalizáciu.

2. V membráne sú zabudované špeciálne proteínové štruktúry zabezpečujúce jej priepustnosť pre ióny alebo iné látky. Nesmieme zabúdať, že na niektorých miestach je more tuku preniknuté integrálnymi bielkovinami. A práve integrálne bielkoviny tvoria špeciálne dopravných stavieb bunkovej membráne (pozri časť 1_2 Mechanizmy membránového transportu). Prostredníctvom nich vstupujú látky do bunky a sú tiež odvádzané z bunky von.

3. Na ktorejkoľvek strane membrány (vonkajšia a vnútorná), ako aj vo vnútri membrány sa môžu nachádzať enzýmové proteíny, ktoré ovplyvňujú ako stav samotnej membrány, tak aj životnosť celej bunky.

Bunková membrána je teda aktívna, variabilná štruktúra, ktorá aktívne funguje v záujme celej bunky a spája ju s vonkajším svetom a nie je len „ochranným obalom“. Toto je najdôležitejšia vec, ktorú potrebujete vedieť o bunkovej membráne.

V medicíne sa membránové proteíny často používajú ako „ciele“ liekov. Takéto ciele zahŕňajú receptory, iónové kanály, enzýmy a transportné systémy. V poslednom čase sa terčom liekov okrem membrány stávajú aj gény ukryté v bunkovom jadre.

Video:Úvod do biofyziky bunkovej membrány: Membránová štruktúra 1 (Vladimirov Yu.A.)

Video:História, štruktúra a funkcie bunkovej membrány: Membránová štruktúra 2 (Vladimirov Yu.A.)

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

Základnou stavebnou jednotkou živého organizmu je bunka, ktorá je diferencovaným úsekom cytoplazmy obklopeným bunkovou membránou. Vzhľadom na to, že bunka plní mnoho dôležitých funkcií, ako je rozmnožovanie, výživa, pohyb, membrána musí byť plastická a hustá.

História objavu a výskumu bunkovej membrány

V roku 1925 Grendel a Gorder uskutočnili úspešný experiment na identifikáciu „tieňov“ červených krviniek alebo prázdnych membrán. Napriek niekoľkým závažným chybám vedci objavili lipidovú dvojvrstvu. V ich práci pokračovali Danielli, Dawson v roku 1935 a Robertson v roku 1960. Výsledkom dlhoročnej práce a hromadenia argumentov bolo, že v roku 1972 Singer a Nicholson vytvorili fluidno-mozaikový model membránovej štruktúry. Ďalšie experimenty a štúdie potvrdili prácu vedcov.

Význam

Čo je bunková membrána? Toto slovo sa začalo používať pred viac ako sto rokmi, v preklade z latinčiny znamená „film“, „koža“. Takto sa označuje bunková hranica, ktorá je prirodzenou bariérou medzi vnútorným obsahom a vonkajším prostredím. Štruktúra bunkovej membrány znamená semipermeabilitu, vďaka ktorej môže cez ňu voľne prechádzať vlhkosť, živiny a produkty rozkladu. Tento obal možno nazvať hlavnou štrukturálnou zložkou bunkovej organizácie.

Uvažujme o hlavných funkciách bunkovej membrány

1. Oddeľuje vnútorný obsah bunky a zložky vonkajšieho prostredia.

2. Pomáha udržiavať stále chemické zloženie bunky.

3. Reguluje správny metabolizmus.

4. Zabezpečuje komunikáciu medzi bunkami.

5. Rozpoznáva signály.

6. Ochranná funkcia.

"Plazmová škrupina"

Vonkajšia bunková membrána, nazývaná aj plazmatická membrána, je ultramikroskopický film, ktorého hrúbka sa pohybuje od piatich do siedmich nanomilimetrov. Pozostáva hlavne z proteínových zlúčenín, fosfolidov a vody. Fólia je elastická, ľahko absorbuje vodu a po poškodení rýchlo obnovuje svoju celistvosť.

Má univerzálnu štruktúru. Táto membrána zaujíma hraničnú polohu, podieľa sa na procese selektívnej permeability, odstraňovania produktov rozpadu a syntetizuje ich. Vzťah so svojimi „susedmi“ a spoľahlivá ochrana vnútorného obsahu pred poškodením z neho robí dôležitý komponent v takej záležitosti, ako je štruktúra bunky. Bunková membrána živočíšnych organizmov je niekedy pokrytá tenkou vrstvou - glykokalyxou, ktorá zahŕňa bielkoviny a polysacharidy. Rastlinné bunky mimo membrány sú chránené bunkovou stenou, ktorá slúži ako opora a udržuje tvar. Hlavnou zložkou jeho zloženia je vláknina (celulóza) – polysacharid, ktorý je nerozpustný vo vode.

Vonkajšia bunková membrána má teda funkciu opravy, ochrany a interakcie s inými bunkami.

Štruktúra bunkovej membrány

Hrúbka tohto pohyblivého obalu sa pohybuje od šiestich do desiatich nanomilimetrov. Bunková membrána bunky má špeciálne zloženie, ktorého základom je lipidová dvojvrstva. Hydrofóbne chvosty, inertné voči vode, sú umiestnené vo vnútri, zatiaľ čo hydrofilné hlavy, ktoré interagujú s vodou, smerujú von. Každý lipid je fosfolipid, ktorý je výsledkom interakcie látok, ako je glycerol a sfingozín. Lipidová štruktúra je tesne obklopená proteínmi, ktoré sú usporiadané v nesúvislej vrstve. Niektoré z nich sú ponorené do lipidovej vrstvy, ostatné ňou prechádzajú. V dôsledku toho vznikajú oblasti priepustné pre vodu. Funkcie vykonávané týmito proteínmi sú rôzne. Časť z nich tvoria enzýmy, zvyšok transportné proteíny, ktoré prenášajú rôzne látky z vonkajšieho prostredia do cytoplazmy a späť.

Bunková membrána je prestúpená integrálnymi proteínmi a je nimi tesne spojená a spojenie s periférnymi je menej silné. Tieto proteíny plnia dôležitú funkciu, ktorou je udržiavanie štruktúry membrány, prijímanie a konverzia signálov z prostredia, transport látok a katalyzovanie reakcií, ktoré na membránach prebiehajú.

Zlúčenina

Základom bunkovej membrány je bimolekulárna vrstva. Bunka má vďaka svojej kontinuite bariérové ​​a mechanické vlastnosti. V rôznych fázach života môže byť táto dvojvrstva narušená. V dôsledku toho sa vytvárajú štrukturálne defekty priechodných hydrofilných pórov. V tomto prípade sa môžu zmeniť absolútne všetky funkcie takejto zložky, ako je bunková membrána. Jadro môže trpieť vonkajšími vplyvmi.

Vlastnosti

Bunková membrána bunky má zaujímavé vlastnosti. Vďaka svojej tekutosti táto membrána nie je tuhou štruktúrou a väčšina proteínov a lipidov, ktoré ju tvoria, sa voľne pohybuje po rovine membrány.

Vo všeobecnosti je bunková membrána asymetrická, takže zloženie proteínových a lipidových vrstiev sa líši. Plazmatické membrány v živočíšnych bunkách majú na svojej vonkajšej strane glykoproteínovú vrstvu, ktorá vykonáva receptorové a signalizačné funkcie a tiež hrá veľkú úlohu v procese spájania buniek do tkaniva. Bunková membrána je polárna, to znamená, že náboj na vonkajšej strane je kladný a náboj vo vnútri je záporný. Okrem všetkého vyššie uvedeného má bunková membrána selektívny pohľad.

To znamená, že okrem vody sa do bunky dostane len určitá skupina molekúl a iónov rozpustených látok. Koncentrácia látky, akou je sodík, je vo väčšine buniek oveľa nižšia ako vo vonkajšom prostredí. Ióny draslíka majú iný pomer: ich množstvo v bunke je oveľa vyššie ako v prostredí. V tomto ohľade majú sodné ióny tendenciu prenikať cez bunkovú membránu a draselné ióny majú tendenciu sa uvoľňovať von. Za týchto okolností membrána aktivuje špeciálny systém, ktorý hrá „čerpaciu“ úlohu a vyrovnáva koncentráciu látok: ióny sodíka sú čerpané na povrch bunky a draselné ióny sú čerpané dovnútra. Táto vlastnosť je jednou z najdôležitejších funkcií bunkovej membrány.

Táto tendencia sodíkových a draselných iónov pohybovať sa smerom dovnútra z povrchu hrá veľkú úlohu pri transporte cukru a aminokyselín do bunky. V procese aktívneho odstraňovania sodných iónov z bunky membrána vytvára podmienky pre nový príjem glukózy a aminokyselín vo vnútri. Naopak, v procese prenosu iónov draslíka do bunky sa počet „transportérov“ produktov rozpadu z vnútra bunky do vonkajšieho prostredia dopĺňa.

Ako prebieha výživa buniek cez bunkovú membránu?

Mnohé bunky prijímajú látky prostredníctvom procesov, ako je fagocytóza a pinocytóza. Pri prvej možnosti pružná vonkajšia membrána vytvára malú priehlbinu, v ktorej zachytená častica končí. Priemer vybrania sa potom zväčšuje, kým uzavretá častica nevstúpi do bunkovej cytoplazmy. Prostredníctvom fagocytózy sa kŕmia niektoré prvoky, napríklad améby, ako aj krvinky - leukocyty a fagocyty. Podobne bunky absorbujú tekutinu, ktorá obsahuje potrebné živiny. Tento jav sa nazýva pinocytóza.

Vonkajšia membrána je tesne spojená s endoplazmatickým retikulom bunky.

Mnoho typov hlavných zložiek tkaniva má na povrchu membrány výčnelky, záhyby a mikroklky. Rastlinné bunky na vonkajšej strane tejto škrupiny sú pokryté ďalšou, silnou a jasne viditeľnou pod mikroskopom. Vlákno, z ktorého sú vyrobené, pomáha vytvárať podporu pre rastlinné tkanivá, ako je drevo. Živočíšne bunky majú tiež množstvo vonkajších štruktúr, ktoré sedia na vrchnej časti bunkovej membrány. Majú výlučne ochranný charakter, príkladom toho je chitín obsiahnutý v kožných bunkách hmyzu.

Okrem bunkovej membrány existuje intracelulárna membrána. Jeho funkciou je rozdeliť bunku na niekoľko špecializovaných uzavretých kompartmentov – kompartmentov alebo organel, kde musí byť zachované určité prostredie.

Nie je teda možné preceňovať úlohu takej zložky základnej jednotky živého organizmu, akou je bunková membrána. Štruktúra a funkcie naznačujú výrazné rozšírenie celkového povrchu bunky a zlepšenie metabolických procesov. Táto molekulárna štruktúra pozostáva z proteínov a lipidov. Membrána, ktorá oddeľuje bunku od vonkajšieho prostredia, zabezpečuje jej integritu. S jeho pomocou sa medzibunkové spojenia udržiavajú na pomerne silnej úrovni a tvoria tkanivá. V tejto súvislosti môžeme konštatovať, že bunková membrána hrá jednu z najdôležitejších úloh v bunke. Štruktúra a funkcie, ktoré vykonáva, sa v rôznych bunkách radikálne líšia v závislosti od ich účelu. Prostredníctvom týchto znakov sa dosahujú rôzne fyziologické aktivity bunkových membrán a ich úlohy v existencii buniek a tkanív.

Bunková membrána sa nazýva plazmalema alebo plazmatická membrána. Hlavnými funkciami bunkovej membrány sú udržiavanie integrity bunky a prepojenie s vonkajším prostredím.

Štruktúra

Bunkové membrány pozostávajú z lipoproteínových (tuk-proteínových) štruktúr a majú hrúbku 10 nm. Membránové steny sú tvorené tromi triedami lipidov:

• fosfolipidy - zlúčeniny fosforu a tukov;
• glykolipidy - zlúčeniny lipidov a sacharidov;
• cholesterolu (cholesterol) - mastný alkohol.

Tieto látky tvoria tekutú mozaikovú štruktúru pozostávajúcu z troch vrstiev. Fosfolipidy tvoria dve vonkajšie vrstvy. Majú hydrofilnú hlavu, z ktorej vychádzajú dva hydrofóbne chvosty. Chvosty sú otočené vo vnútri konštrukcie a tvoria vnútornú vrstvu. Keď je cholesterol začlenený do fosfolipidových koncov, membrána sa stáva tuhou.

Ryža. 1. Membránová štruktúra.

Medzi fosfolipidy sú postavené glykolipidy, ktoré vykonávajú funkciu receptora, a dva typy proteínov:

• periférne (vonkajšie, povrchové) - umiestnené na povrchu lipidov, bez prenikania hlboko do membrány;
• integrálne - vložené na rôznych úrovniach, môže preniknúť cez celú membránu, iba do vnútornej alebo vonkajšej lipidovej vrstvy;

Všetky proteíny sa líšia svojou štruktúrou a vykonávajú rôzne funkcie. Napríklad globulárne proteínové zlúčeniny majú hydrofóbno-hydrofilnú štruktúru a vykonávajú transportnú funkciu.

TOP 4 článkyktorí spolu s týmto čítajú

Ryža. 2. Typy membránových proteínov.

Plazmalema je tekutá štruktúra, pretože lipidy nie sú vzájomne prepojené, ale sú jednoducho usporiadané v hustých radoch. Vďaka tejto vlastnosti môže membrána meniť konfiguráciu, byť pohyblivá a elastická a tiež transportovať látky.

Funkcie

Aké funkcie plní bunková membrána?

• bariéra - oddeľuje obsah bunky od vonkajšieho prostredia;
• dopravy - reguluje metabolizmus;
• enzymatické - vykonáva enzymatické reakcie;
• receptor - rozpoznáva vonkajšie podnety.

Najdôležitejšou funkciou je transport látok pri látkovej premene. Kvapalné a pevné látky neustále vstupujú do bunky z vonkajšieho prostredia. Metabolické produkty vychádzajú. Všetky látky prechádzajú cez bunkovú membránu. Transport prebieha niekoľkými spôsobmi, ktoré sú popísané v tabuľke.

Ryža. 3. Endocytóza a exocytóza.

Aktívny transport molekúl látok (sodno-draslíková pumpa) sa uskutočňuje pomocou proteínových štruktúr zabudovaných v membráne a vyžaduje energiu vo forme ATP.

Priemerné hodnotenie: 4.7. Celkový počet získaných hodnotení: 289.