Membrana celulară exterioară. Structura și funcțiile membranei celulare Structura celulară Membrana celulară

Membrana celulară este o peliculă ultrasubțire pe suprafața unei celule sau a unui organel celular, constând dintr-un strat bimolecular de lipide cu proteine ​​și polizaharide încorporate.

Functiile membranei:

• · Bariera – asigura un metabolism reglat, selectiv, pasiv si activ cu mediul. De exemplu, membrana peroxizomală protejează citoplasma de peroxizii care sunt periculoși pentru celulă. Permeabilitatea selectivă înseamnă că permeabilitatea membranei la diferiți atomi sau molecule depinde de dimensiunea acestora, sarcina electricaŞi proprietăți chimice. Permeabilitatea selectivă asigură separarea celulelor și a compartimentelor celulare de mediuși aprovizionându-le cu substanțele necesare.
• · Transportul - transportul substanțelor în și în afara celulei are loc prin membrană. Transportul prin membrane asigură: livrarea nutrienților, îndepărtarea produselor finite metabolice, secreția diverse substanțe, creând gradienți de ioni, menținând pH-ul și concentrațiile de ioni optime în celulă, care sunt necesare pentru funcționarea enzimelor celulare. Particule care, din orice motiv, nu pot traversa stratul dublu fosfolipidic (de exemplu, din cauza proprietăților hidrofile, deoarece membrana din interior este hidrofobă și nu permite trecerea substanțelor hidrofile sau datorită dimensiunii lor mari), dar necesare celulei , poate pătrunde în membrană prin proteine ​​transportoare speciale (transportatori) și proteine ​​canale sau prin endocitoză. În transportul pasiv, substanțele traversează stratul dublu lipidic fără a consuma energie de-a lungul unui gradient de concentrație prin difuzie. O variantă a acestui mecanism este difuzia facilitată, în care o moleculă specifică ajută o substanță să treacă prin membrană. Această moleculă poate avea un canal care permite trecerea unui singur tip de substanță. Transportul activ necesită energie, deoarece are loc împotriva unui gradient de concentrație. Există proteine ​​speciale de pompă pe membrană, inclusiv ATPaza, care pompează activ ionii de potasiu (K +) în celulă și pompează ionii de sodiu (Na +) din ea.
• · matrice - asigură o anumită poziție relativă și orientare a proteinelor membranare, interacțiunea optimă a acestora.
• · mecanic - asigură autonomia celulei, structurile ei intracelulare, precum și legătura cu alte celule (în țesuturi). Pereții celulari joacă un rol major în asigurarea funcției mecanice, iar la animale, substanța intercelulară.
• · energie - în timpul fotosintezei în cloroplaste și a respirației celulare în mitocondrii, în membranele lor funcționează sisteme de transfer de energie, la care participă și proteinele;
• · receptor - unele proteine ​​situate în membrană sunt receptori (molecule cu ajutorul cărora celula percepe anumite semnale). De exemplu, hormonii care circulă în sânge acționează doar asupra celulelor țintă care au receptori corespunzători acestor hormoni. Neurotransmitatori ( chimicale, oferind impulsuri nervoase) se leagă, de asemenea, de proteinele receptorilor speciale ale celulelor țintă.
• · enzimatice - proteinele membranare sunt adesea enzime. De exemplu, membranele plasmatice ale celulelor epiteliale intestinale conțin enzime digestive.
• · implementarea generarii si conducerii biopotentialelor. Cu ajutorul membranei, în celulă se menține o concentrație constantă de ioni: concentrația ionului K + în interiorul celulei este mult mai mare decât în ​​exterior, iar concentrația Na + este mult mai mică, ceea ce este foarte important, deoarece aceasta asigură menţinerea diferenţei de potenţial pe membrană şi generarea unui impuls nervos.
• · marcarea celulelor - pe membrană există antigene care acționează ca markeri - „etichete” care permit identificarea celulei. Acestea sunt glicoproteine ​​(adică proteine ​​cu lanțuri laterale de oligozaharide ramificate atașate la acestea) care joacă rolul de „antene”. Datorită multitudinii de configurații ale lanțurilor laterale, este posibil să se facă un marker specific pentru fiecare tip de celulă. Cu ajutorul markerilor, celulele pot recunoaște alte celule și pot acționa împreună cu acestea, de exemplu, în formarea organelor și țesuturilor. Acest lucru permite, de asemenea, sistemului imunitar să recunoască antigenele străine.

Unele molecule proteice difuzează liber în planul stratului lipidic; în stare normală, părțile moleculelor de proteine ​​care apar pe diferite părți ale membranei celulare nu își schimbă poziția.

Morfologia specială a membranelor celulare determină caracteristicile electrice ale acestora, dintre care cele mai importante sunt capacitatea și conductibilitatea.

Proprietățile capacitive sunt determinate în principal de stratul dublu fosfolipidic, care este impermeabil la ionii hidratați și, în același timp, suficient de subțire (aproximativ 5 nm) pentru a asigura separarea și stocarea eficientă a sarcinii și interacțiune electrostatică cationi si anioni. În plus, proprietățile capacitive ale membranelor celulare sunt unul dintre motivele care determină caracteristicile de timp ale proceselor electrice care au loc pe membranele celulare.

Conductibilitatea (g) este reciproca rezistenței electrice și este egală cu raportul dintre curentul transmembranar total pentru un ion dat și valoarea care a determinat diferența de potențial transmembranară a acestuia.

Diferite substanțe pot difuza prin stratul dublu fosfolipidic, iar gradul de permeabilitate (P), adică capacitatea membranei celulare de a trece aceste substanțe, depinde de diferența de concentrație a substanței care difuzează pe ambele părți ale membranei, de solubilitatea acesteia. în lipide și proprietățile membranei celulare. Viteza de difuzie pentru ionii încărcați în condiții câmp constantîn membrană este determinată de mobilitatea ionilor, grosimea membranei și distribuția ionilor în membrană. Pentru nonelectroliți, permeabilitatea membranei nu afectează conductivitatea acesteia, deoarece neelectroliții nu poartă sarcini, adică nu pot transporta curent electric.

Conductivitatea unei membrane este o măsură a permeabilității sale ionice. O creștere a conductibilității indică o creștere a numărului de ioni care trec prin membrană.

O proprietate importantă a membranelor biologice este fluiditatea. Toate membranele celulare sunt structuri fluide mobile: cele mai multe moleculele lor constitutive de lipide și proteine ​​sunt capabile să se miște destul de repede în planul membranei

Membrana celulara (de asemenea, citolema, plasmalema sau membrana plasmatica) este o structura moleculara elastica formata din proteine ​​si lipide. Separă conținutul oricărei celule de mediul extern, asigurând integritatea acesteia; reglează schimbul dintre celulă și mediu; membranele intracelulare împart celula în compartimente închise specializate - compartimente sau organite, în care sunt menținute anumite condiții de mediu.

Dacă celula are unul (de obicei, are) celule vegetale), acoperă membrana celulară.

Membrana celulară este un strat dublu (dublu strat) de molecule din clasa lipidelor, dintre care majoritatea sunt așa-numitele lipide complexe - fosfolipide. Moleculele de lipide au o parte hidrofilă („cap”) și una hidrofobă („coadă”). Când se formează membrane, regiunile hidrofobe ale moleculelor se întorc spre interior, iar regiunile hidrofile se întorc spre exterior. Membrana biologică include, de asemenea, diferite proteine:

• integral (perforarea membranei),
• semi-integral (cufundat la un capăt în stratul lipidic exterior sau interior),
• superficial (situat pe partea exterioară sau adiacentă părților interioare ale membranei).

Unele proteine ​​sunt punctele de contact dintre membrana celulară și citoscheletul din interiorul celulei și peretele celular exterior.

Functiile membranei:

• Bariera - asigura un metabolism reglat, selectiv, pasiv si activ cu mediul.
• Transport - transportul substanțelor în și din celulă are loc prin membrană. Transportul prin membrane asigură: livrarea nutrienților, îndepărtarea produselor finite metabolice, secreția diferitelor substanțe, crearea gradienților de ioni, menținerea pH-ului optim și a concentrațiilor ionice în celulă, care sunt necesare pentru funcționarea enzimelor celulare.
• Matrix - asigură o anumită poziție relativă și orientare a proteinelor membranare, interacțiunea optimă a acestora.
• Mecanic – asigură autonomia celulei, structurile sale intracelulare, precum și legătura cu alte celule (în țesuturi). Pereții celulari joacă un rol major în asigurarea funcției mecanice.
• Energie - în timpul fotosintezei în cloroplaste și a respirației celulare în mitocondrii, sistemele de transfer de energie funcționează în membranele lor, la care participă și proteinele.

Membranele constau din trei clase de lipide:

• fosfolipide,
• glicolipide,
• colesterolul

Fosfolipide și glicolipide(lipidele cu carbohidrați atașați) constau din două „cozi” lungi de hidrocarburi hidrofobe care sunt conectate la un „cap” hidrofil încărcat.

Colesterolul conferă rigiditate membranei prin ocuparea spațiului liber dintre cozile hidrofobe ale lipidelor și împiedicând îndoirea acestora. Prin urmare, membranele cu un conținut scăzut de colesterol sunt mai flexibile, iar cele cu un conținut ridicat de colesterol sunt mai rigide și mai fragile. Colesterolul servește și ca un „oprior” care împiedică mișcarea moleculelor polare din celulă și în celulă.

O parte importantă a membranei este proteine, pătrunzând în ea și responsabilă de diferitele proprietăți ale membranelor. Compoziția și orientarea lor diferă în diferite membrane. Alături de proteine ​​sunt lipidele inelare - sunt mai ordonate, mai puțin mobile, conțin mai mulți acizi grași saturați și sunt eliberate din membrană împreună cu proteina. Fără lipide inelare, proteinele membranare nu funcționează.

Membranele celulare sunt adesea asimetric, adică straturile diferă în compoziția lipidică, cel exterior conține în principal fosfatidilinozitol, fosfatidilcolină, sfingomieline și glicolipide, cel interior conține fosfatidilserina, fosfatidiletanolamină și fosfatidilinozitol. Trecerea unei molecule individuale de la un strat la altul (așa-numitul flip-flop) este dificilă, dar poate avea loc spontan, aproximativ o dată la 6 luni, sau cu ajutorul proteinelor flippase și scramblase ale membranei plasmatice. Dacă fosfatidilserina apare în stratul exterior, acesta este un semnal pentru ca macrofagele să distrugă celula.

Organele membranare- acestea sunt secțiuni închise simple sau interconectate ale citoplasmei, separate de hialoplasmă prin membrane. Organelele cu o singură membrană includ reticulul endoplasmatic, aparatul Golgi, lizozomii, vacuolele, peroxizomii; la membrane duble - nucleu, mitocondrii, plastide. Structura membranei diverse organite diferă în compoziția lipidelor și a proteinelor membranare.

Membranele celulare au permeabilitatea selectivă: glucoza, aminoacizii, acizii grași, glicerolul și ionii difuzează încet prin ele, iar membranele în sine, într-o anumită măsură, reglează activ acest proces - unele substanțe trec, dar altele nu. Există patru mecanisme principale de intrare a substanțelor în celulă sau îndepărtarea lor din celulă în exterior: difuzia, osmoza, transportul activ și exo- sau endocitoza. Primele două procese sunt de natură pasivă, adică nu necesită energie; ultimele două sunt procese active asociate cu consumul de energie.

Permeabilitatea selectivă a membranei în timpul transportului pasiv se datorează unor canale speciale - proteine ​​integrale. Ele pătrund prin membrană, formând un fel de trecere. Elementele K, Na și Cl au propriile lor canale. În raport cu gradientul de concentrație, moleculele acestor elemente se deplasează în interior și în afara celulei. Când sunt iritate, canalele ionice de sodiu se deschid și are loc un aflux brusc de ioni de sodiu în celulă. În acest caz, apare un dezechilibru al potențialului membranei. După care potenţial de membrană este în curs de restaurare. Canalele de potasiu sunt întotdeauna deschise, permițând ionilor de potasiu să intre încet în celulă.

Celulă- o unitate structurala si functionala autoreglabila a tesuturilor si organelor. Teoria celulară structura organelor și țesuturilor a fost dezvoltată de Schleiden și Schwann în 1839. Ulterior, cu ajutorul microscopiei electronice și ultracentrifugării, a fost posibilă clarificarea structurii tuturor organelor principale ale celulelor animale și vegetale (Fig. 1).

Orez. 1. Schema structurii unei celule animale

Principalele părți ale unei celule sunt citoplasma și nucleul. Fiecare celulă este înconjurată de o membrană foarte subțire care îi limitează conținutul.

Se numește membrana celulară membrana plasmaticași se caracterizează prin permeabilitate selectivă. Această proprietate permite nutrienții esențiali și elemente chimice pătrund în celulă, iar produsele în exces o părăsesc. Membrana plasmatică este formată din două straturi de molecule de lipide care conțin proteine ​​specifice. Principalele lipide membranare sunt fosfolipidele. Conțin fosfor, un cap polar și două cozi nepolare de acizi grași cu lanț lung. Lipidele de membrană includ colesterolul și esterii de colesteril. În conformitate cu modelul de structură mozaic lichid, membranele conțin incluziuni de molecule de proteine ​​și lipide care se pot amesteca în raport cu stratul dublu. Pentru fiecare tip de membrană orice celula animală caracterizată prin compoziția sa lipidică relativ constantă.

Proteinele membranare sunt împărțite în două tipuri în funcție de structura lor: integrale și periferice. Proteinele periferice pot fi îndepărtate din membrană fără a o distruge. Există patru tipuri de proteine ​​membranare: proteine ​​de transport, enzime, receptori și proteine ​​structurale. Unele proteine ​​membranare au activitate enzimatică, în timp ce altele leagă anumite substanțe și facilitează transportul lor în celulă. Proteinele oferă mai multe căi de mișcare a substanțelor de-a lungul membranelor: ele formează pori mari formați din mai multe subunități proteice care permit moleculelor de apă și ionilor să se deplaseze între celule; formează canale ionice specializate pentru mișcarea anumitor tipuri de ioni prin membrană în anumite condiții. Proteinele structurale sunt asociate cu stratul lipidic interior și asigură citoscheletul celulei. Citoscheletul oferă rezistență mecanică membranei celulare. În diferite membrane, proteinele reprezintă între 20 și 80% din masă. Proteinele membranei se pot mișca liber în plan lateral.

Membrana conține, de asemenea, carbohidrați care pot fi legați covalent de lipide sau proteine. Există trei tipuri de carbohidrați de membrană: glicolipide (gangliozide), glicoproteine ​​și proteoglicani. Majoritatea lipidelor membranare sunt în stare lichidă și au o anumită fluiditate, adică. capacitatea de a trece dintr-o zonă în alta. Pe partea exterioară a membranei există locuri receptori care leagă diferiți hormoni. Alte zone specifice ale membranei nu pot recunoaște și lega anumite proteine ​​și diferiți compuși biologic activi care sunt străini acestor celule.

Spațiul intern al celulei este umplut cu citoplasmă, în care au loc majoritatea reacțiilor catalizate de enzime ale metabolismului celular. Citoplasma este formata din doua straturi: cel intern, numit endoplasma, si cel periferic, ectoplasma, care are o vascozitate mare si este lipsita de granule. Citoplasma conține toate componentele unei celule sau organele. Cele mai importante dintre organele celulare sunt reticulul endoplasmatic, ribozomii, mitocondriile, aparatul Golgi, lizozomii, microfilamentele și microtubulii, peroxizomii.

Reticulul endoplasmatic este un sistem de canale și cavități interconectate care pătrund în întreaga citoplasmă. Asigură transportul substanțelor din mediu și din interiorul celulelor. Reticulul endoplasmatic servește, de asemenea, ca depozit pentru ionii intracelulari de Ca 2+ și servește ca loc principal al sintezei lipidelor în celulă.

ribozomi - particule sferice microscopice cu diametrul de 10-25 nm. Ribozomii sunt localizați liber în citoplasmă sau atașați de suprafața exterioară a membranelor reticulului endoplasmatic și membranei nucleare. Ei interacționează cu informațiile și transfer ARN, iar sinteza proteinelor are loc în ele. Ele sintetizează proteine ​​care intră în cisterne sau în aparatul Golgi și sunt apoi eliberate în exterior. Ribozomii, localizați liber în citoplasmă, sintetizează proteine ​​pentru a fi utilizate de celula însăși, iar ribozomii asociați cu reticulul endoplasmatic produc proteine ​​care sunt excretate din celulă. Ribozomii sintetizează diverse proteine ​​funcționale: proteine ​​purtătoare, enzime, receptori, proteine ​​​​citoscheletice.

Aparatul Golgi format dintr-un sistem de tubuli, cisterne și vezicule. Este asociat cu reticulul endoplasmatic și cu cei care ajung aici biologic substanțe active depozitat în formă compactată în vezicule secretoare. Acestea din urmă sunt separate în mod constant de aparatul Golgi, transportate în membrana celulară și se contopesc cu aceasta, iar substanțele conținute în vezicule sunt îndepărtate din celulă prin procesul de exocitoză.

lizozomi - particule înconjurate de membrană care măsoară 0,25-0,8 microni. Conțin numeroase enzime implicate în descompunerea proteinelor, polizaharidelor, grăsimilor, acizilor nucleici, bacteriilor și celulelor.

Peroxizomii format din reticul endoplasmatic neted, seamănă cu lizozomii și conțin enzime care catalizează descompunerea peroxidului de hidrogen, care este descompus sub influența peroxidazelor și catalazei.

Mitocondriile conțin membrane exterioare și interioare și reprezintă „stația energetică” a celulei. Mitocondriile sunt structuri rotunde sau alungite cu o membrană dublă. Membrana interioară formează pliuri proeminente în mitocondrii - cristae. În ele are loc sinteza ATP, oxidarea substraturilor ciclului Krebs și apar multe reacții biochimice. Se formează în mitocondrii molecule de ATP difuzează în toate părțile celulei. Mitocondriile conțin nr număr mare ADN, ARN, ribozomi și cu participarea lor are loc reînnoirea și sinteza de noi mitocondrii.

Microfilamente Sunt filamente subțiri de proteine ​​formate din miozină și actină și formează aparatul contractil al celulei. Microfilamentele sunt implicate în formarea pliurilor sau proeminențelor membranei celulare, precum și în mișcarea diferitelor structuri în interiorul celulelor.

Microtubuli formează baza citoscheletului și asigură rezistența acestuia. Citoscheletul conferă celulelor caracteristicile lor aspectși formă, servește ca un loc pentru atașarea organitelor intracelulare și a diferitelor corpuri. ÎN celulele nervoase fasciculele de microtubuli sunt implicate în transportul de substanțe din corpul celular la capetele axonilor. Cu participarea lor, fusul mitotic funcționează în timpul diviziunii celulare. Ele joacă rolul de elemente motorii în vilozități și flageli la eucariote.

Miez este structura principală a celulei, participă la transmiterea caracteristicilor ereditare și la sinteza proteinelor. Nucleul este înconjurat de o membrană nucleară care conține mulți pori nucleari prin care sunt schimbate diferite substanțe între nucleu și citoplasmă. Există un nucleol în interiorul ei. S-a stabilit rolul important al nucleolului în sinteza ARN-ului ribozomal și a proteinelor histonice. Părțile rămase ale nucleului conțin cromatina, constând din ADN, ARN și o serie de proteine ​​specifice.

Funcțiile membranei celulare

Membranele celulare joacă un rol crucial în reglarea metabolismului intracelular și intercelular. Au permeabilitate selectivă. Structura lor specifică le permite să ofere funcții de barieră, de transport și de reglementare.

Funcția de barieră se manifestă prin limitarea pătrunderii compuşilor dizolvaţi în apă prin membrană. Membrana este impermeabilă la molecule mari de proteine ​​și anioni organici.

Funcția de reglementare membranelor este de a regla metabolismul intracelular ca răspuns la influențele chimice, biologice și mecanice. Diverse influențe sunt percepute de receptorii membranari speciali, cu o modificare ulterioară a activității enzimatice.

Funcția de transport prin membrane biologice se poate realiza pasiv (difuzie, filtrare, osmoza) sau folosind transport activ.

Difuzie - mișcarea unui gaz sau a unei substanțe solubile de-a lungul unui gradient de concentrație și electrochimic. Viteza de difuzie depinde de permeabilitatea membranei celulare, precum și de gradientul de concentrație pentru particulele neîncărcate și de gradienții electrici și de concentrație pentru particulele încărcate. Difuziune simplă are loc prin bistratul lipidic sau prin canale. Particulele încărcate se mișcă conform unui gradient electrochimic, iar particulele neîncărcate se mișcă conform unui gradient chimic. De exemplu, oxigenul, hormonii steroizi, ureea, alcoolul etc. patrund prin stratul lipidic al membranei prin simpla difuzie. Diferiți ioni și particule se deplasează prin canale. Canalele ionice sunt formate din proteine ​​și sunt împărțite în canale închise și negated. În funcție de selectivitate, se face distincția între cablurile ion-selective, care permit trecerea unui singur ion și canalele care nu au selectivitate. Canalele au un orificiu și un filtru selectiv, iar canalele controlate au un mecanism de poartă.

Difuzare facilitată - un proces în care substanțele sunt transportate printr-o membrană folosind proteine ​​speciale de transport membranar. În acest fel, aminoacizii și monozaharidele pătrund în celulă. Acest tip de transport are loc foarte repede.

osmoza - mișcarea apei prin membrană de la o soluție cu o presiune mai mică la o soluție cu o presiune osmotică mai mare.

transport activ - transportul substanțelor față de un gradient de concentrație folosind ATPazele de transport (pompe ionice). Acest transfer are loc cu cheltuirea energiei.

Pompele Na + /K + -, Ca 2+ - și H + - au fost studiate într-o măsură mai mare. Pompele sunt amplasate pe membranele celulare.

Un tip de transport activ este endocitozaŞi exocitoză. Cu ajutorul acestor mecanisme, substanțe mai mari (proteine, polizaharide, acizi nucleici), care nu pot fi transportate prin canale. Acest transport este mai frecvent în celulele epiteliale intestinale, tubii renali și endoteliul vascular.

LaÎn endocitoză, membranele celulare formează invaginări în celulă, care, atunci când sunt eliberate, se transformă în vezicule. În timpul exocitozei, veziculele cu conținutul lor sunt transferate în membrana celulară și se îmbină cu aceasta, iar conținutul veziculelor este eliberat în mediul extracelular.

Structura și funcțiile membranei celulare

Să înțeleagă procesele care asigură existența potenţiale electriceîn celulele vii, în primul rând, trebuie să vă imaginați structura membranei celulare și proprietățile acesteia.

În prezent, cel mai larg acceptat este modelul mozaic lichid al membranei, propus de S. Singer și G. Nicholson în 1972. Membrana are la bază un strat dublu de fosfolipide (bistrat), fragmentele hidrofobe ale moleculei cărora sunt scufundate în grosimea membranei, iar grupările hidrofile polare sunt orientate spre exterior, cele. în împrejurimi mediu acvatic(Fig. 2).

Proteinele membranei sunt localizate pe suprafața membranei sau pot fi încorporate la adâncimi diferite în zona hidrofobă. Unele proteine ​​se întind pe membrana, iar pe ambele părți ale membranei celulare se găsesc grupuri hidrofile diferite ale aceleiași proteine. Proteinele găsite în membrana plasmatică joacă un rol foarte important: participă la formarea canalelor ionice, joacă rolul pompelor membranare și transportatoare de diferite substanțe și pot îndeplini, de asemenea, o funcție de receptor.

Principalele funcții ale membranei celulare: barieră, transport, reglare, catalitică.

Funcția de barieră este de a limita difuzia compușilor solubili în apă prin membrană, ceea ce este necesar pentru a proteja celulele de substanțele străine, toxice și pentru a menține un conținut relativ constant de diferite substanțe în interiorul celulelor. Astfel, membrana celulară poate încetini difuzia diferitelor substanțe de 100.000-10.000.000 de ori.

Orez. 2. Diagrama tridimensională a modelului lichid-mozaic al membranei Singer-Nicholson

Sunt ilustrate proteine ​​integrale globulare încorporate într-un strat dublu lipidic. Unele proteine ​​sunt canale ionice, altele (glicoproteine) conțin lanțuri laterale de oligozaharide care sunt implicate în recunoașterea celulelor între ele și în țesutul intercelular. Moleculele de colesterol sunt aproape adiacente capetelor fosfolipidelor și fixează secțiunile adiacente ale „cozilor”. Secțiunile interne ale cozilor moleculei de fosfolipide nu sunt limitate în mișcarea lor și sunt responsabile pentru fluiditatea membranei (Bretscher, 1985)

Membrana conține canale prin care ionii pătrund. Canalele pot fi dependente de tensiune sau independente de potențial. Canale dependente de tensiune deschis când diferența de potențial se modifică și potenţial independent(reglate hormonal) se deschid atunci când receptorii interacționează cu substanțele. Canalele pot fi deschise sau închise datorită porților. Două tipuri de porți sunt încorporate în membrană: activare(adânc în canal) și inactivare(pe suprafața canalului). Poarta poate fi în una dintre cele trei stări:

• stare deschisă (ambele tipuri de porți sunt deschise);
• stare închisă (poarta de activare închisă);
• stare de inactivare (poarta de inactivare închisă).

Altul trăsătură caracteristică membranele este capacitatea de a efectua transfer selectiv de ioni anorganici, nutrienți, precum și diferite produse metabolice. Există sisteme de transfer (transport) pasiv și activ al substanțelor. Pasiv transportul are loc prin canale ionice cu sau fără ajutorul proteinelor purtătoare, iar acesta forță motrice este diferența de potențiale electrochimice ale ionilor dintre spațiul intra- și extracelular. Selectivitatea canalelor ionice este determinată de parametrii săi geometrici și natura chimica grupuri care căptușesc pereții canalului și gura acestuia.

În prezent, cele mai bine studiate canale sunt cele care sunt selectiv permeabile la ionii Na + , K + , Ca 2+ și, de asemenea, la apă (așa-numitele acvaporine). Diametrul canalelor ionice, conform diverselor studii, este de 0,5-0,7 nm. Capacitatea canalului poate varia 107 - 108 ioni pe secundă pot trece printr-un canal ionic.

Activ transportul are loc cu cheltuirea energiei și este realizat de așa-numitele pompe ionice. Pompele de ioni sunt structuri de proteine ​​moleculare încorporate într-o membrană care transportă ionii către un potențial electrochimic mai mare.

Pompele funcționează folosind energia hidrolizei ATP. In prezent, Na+/K+ - ATPaza, Ca 2+ - ATPaza, H + - ATPaza, H + /K + - ATPaza, Mg 2+ - ATPaza, care asigura miscarea ionilor Na +, K +, respectiv Ca 2+ , sunt bine studiate, H+, Mg2+ izolate sau conjugate (Na+ și K+; H+ și K+). Mecanismul molecular al transportului activ nu este pe deplin înțeles.

Membrana este o structură ultrafină care formează suprafețele organelelor și a celulei în ansamblu. Toate membranele au o structură similară și sunt conectate într-un singur sistem.

Compoziția chimică

Membranele celulare sunt omogene din punct de vedere chimic și constau din proteine ​​și lipide din diferite grupe:

• fosfolipide;
• galactolipide;
• sulfolipide.

De asemenea, conțin acizi nucleici, polizaharide și alte substanțe.

Proprietăți fizice

La temperaturi normale, membranele sunt în stare lichidă cristalină și fluctuează constant. Vâscozitatea lor este apropiată de cea a uleiului vegetal.

Membrana este recuperabila, durabila, elastica si poroasa. Grosimea membranei este de 7 - 14 nm.

TOP 4 articolecare citesc împreună cu asta

Membrana este impermeabilă la molecule mari. Moleculele și ionii mici pot trece prin pori și prin membrana însăși sub influența diferențelor de concentrație pe diferite părți ale membranei, precum și cu ajutorul proteinelor de transport.

Model

De obicei, structura membranelor este descrisă folosind un model de mozaic fluid. Membrana are un cadru - două rânduri de molecule de lipide, strâns adiacente una cu cealaltă, precum cărămizile.

Orez. 1. Membrană biologică de tip sandwich.

Pe ambele părți suprafața lipidelor este acoperită cu proteine. Modelul mozaic este format din molecule de proteine ​​distribuite neuniform pe suprafața membranei.

În funcție de gradul de scufundare în stratul bilipid, moleculele de proteine ​​sunt împărțite în trei grupe:

• transmembranar;
• scufundat;
• superficial.

Proteinele oferă principala proprietate a membranei - permeabilitatea sa selectivă la diferite substanțe.

Tipuri de membrane

Toate membranele celulare în funcție de localizare pot fi împărțite în următoarele tipuri:

• extern;
• nuclear;
• membrane organele.

Membrana citoplasmatică exterioară, sau plasmolema, este limita celulei. Conectându-se cu elementele citoscheletului, își menține forma și dimensiunea.

Orez. 2. Citoscheletul.

Membrana nucleară, sau caryolema, este limita conținutului nuclear. Este construit din două membrane, foarte asemănătoare cu cea exterioară. Membrana exterioară a nucleului este conectată la membranele reticulului endoplasmatic (RE) și, prin pori, la membrana interioară.

Membranele ER pătrund în întreaga citoplasmă, formând suprafețe pe care are loc sinteza diferitelor substanțe, inclusiv a proteinelor membranare.

Membrane organele

Majoritatea organelelor au o structură de membrană.

Pereții sunt construiți dintr-o singură membrană:

• complexul Golgi;
• vacuole;
• lizozomi

Plastidele și mitocondriile sunt construite din două straturi de membrane. Membrana lor exterioară este netedă, iar cea interioară formează multe pliuri.

Caracteristicile membranelor fotosintetice ale cloroplastelor sunt molecule de clorofilă încorporate.

Celulele animale au la suprafață membrana exterioară strat de carbohidrați numit glicocalix.

Orez. 3. Glicocalix.

Glicocalixul este cel mai dezvoltat în celulele epiteliului intestinal, unde creează condiții pentru digestie și protejează plasmalema.

Tabelul „Structura membranei celulare”

Ce am învățat?

Ne-am uitat la structura și funcțiile membranei celulare. Membrana este o barieră selectivă (selectivă) a celulei, nucleului și organelelor. Structura membranei celulare este descrisă de modelul mozaic fluid. Conform acestui model, moleculele de proteine ​​sunt construite în stratul dublu de lipide vâscoase.

Test pe tema

Evaluarea raportului

Evaluare medie: 4.5. Evaluări totale primite: 120.

Celulă- acesta este nu numai lichid, enzime și alte substanțe, ci și structuri extrem de organizate numite organite intracelulare. Organelele pentru o celulă nu sunt mai puțin importante decât componentele sale chimice. Astfel, în absența organelelor precum mitocondriile, aportul de energie extras din nutrienți va scădea imediat cu 95%.

Cele mai multe organele dintr-o celulă sunt acoperite membranelor constând în principal din lipide și proteine. Există membrane de celule, reticul endoplasmatic, mitocondrii, lizozomi și aparat Golgi.

Lipidele sunt insolubile în apă, astfel încât creează o barieră în celulă care împiedică mișcarea apei și a substanțelor solubile în apă dintr-un compartiment în altul. Moleculele de proteine ​​fac totuși membrana permeabilă la diferite substanțe prin structuri specializate numite pori. Multe alte proteine ​​membranare sunt enzime care catalizează numeroase reactii chimice, despre care se va discuta în capitolele următoare.

Membrana celulara (sau plasmatica). este o structură subțire, flexibilă și elastică cu o grosime de numai 7,5-10 nm. Constă în principal din proteine ​​și lipide. Raportul aproximativ al componentelor sale este următorul: proteine ​​- 55%, fosfolipide - 25%, colesterol - 13%, alte lipide - 4%, carbohidrați - 3%.

Stratul lipidic al membranei celulareîmpiedică pătrunderea apei. Baza membranei este un strat dublu lipidic - un film lipidic subțire format din două monostraturi și care acoperă complet celula. Proteinele sunt situate în întreaga membrană sub formă de globule mari.

Reprezentare schematică a unei membrane celulare, reflectând elementele sale principale
- dublu strat fosfolipidic și un număr mare de molecule proteice care ies deasupra suprafeței membranei.
Lanțurile de carbohidrați sunt atașate de proteine ​​de pe suprafața exterioară
și la molecule de proteine ​​suplimentare din interiorul celulei (neprezentate în figură).

Bistrat lipidic constă în principal din molecule de fosfolipide. Un capăt al unei astfel de molecule este hidrofil, adică. solubil în apă (pe ea se află o grupare fosfat), celălalt este hidrofob, adică. solubil numai in grasimi (contine un acid gras).

Datorită faptului că partea hidrofobă a moleculei fosfolipide respinge apa, dar sunt atrase de părți similare ale acelorași molecule, fosfolipidele au proprietatea naturală de a se atașa între ele în grosimea membranei, așa cum se arată în Fig. 2-3. Partea hidrofilă cu gruparea fosfat formează două suprafețe membranare: cea exterioară, care este în contact cu lichidul extracelular, și cea interioară, care este în contact cu lichidul intracelular.

Mijlocul stratului lipidic impermeabil la ioni şi solutii apoase glucoză și uree. substanțe solubile în grăsimi, inclusiv oxigen, dioxid de carbon, alcoolul, dimpotrivă, pătrunde ușor în această zonă a membranei.

Molecule colesterolul, care face parte din membrană, aparține și lipidelor prin natură, deoarece grupul lor de steroizi este foarte solubil în grăsimi. Aceste molecule par a fi dizolvate în stratul dublu lipidic. Scopul lor principal este de a regla permeabilitatea (sau impermeabilitatea) membranelor pentru componentele solubile în apă medii lichide corp. În plus, colesterolul este principalul regulator al vâscozității membranei.

Proteinele membranei celulare. În figură, particulele globulare sunt vizibile în stratul dublu lipidic - acestea sunt proteine ​​​​de membrană, dintre care majoritatea sunt glicoproteine. Există două tipuri de proteine ​​membranare: (1) integrale, care pătrund prin membrană; (2) periferice, care ies doar deasupra uneia dintre suprafețele sale, fără a ajunge la cealaltă.

Multe proteine ​​integrale formează canale (sau pori) prin care apa și substanțele solubile în apă, în special ionii, pot difuza în fluidul intra și extracelular. Datorită selectivității canalelor, unele substanțe difuzează mai bine decât altele.

Alte proteine ​​integrale funcționează ca proteine ​​purtătoare, transportând substanțe pentru care stratul dublu lipidic este impermeabil. Uneori, proteinele purtătoare acționează în direcția opusă difuzării, un astfel de transport se numește transport activ. Unele proteine ​​integrale sunt enzime.

Proteine ​​membranare integrale poate servi și ca receptori pentru substanțele solubile în apă, inclusiv hormonii peptidici, deoarece membrana este impermeabilă la acestea. Interacțiunea unei proteine ​​receptorului cu un ligand specific conduce la modificări conformaționale ale moleculei proteice, care, la rândul lor, stimulează activitatea enzimatică a segmentului intracelular al moleculei proteice sau transmiterea unui semnal de la receptor în celulă folosind un al doilea mesager. Astfel, proteinele integrale înglobate în membrana celulară o implică în procesul de transmitere a informațiilor despre mediul extern în celulă.

Molecule de proteine ​​ale membranei periferice adesea asociate cu proteine ​​integrale. Majoritatea proteinelor periferice sunt enzime sau joacă rolul de dispecer al transportului de substanțe prin porii membranei.