Ποιες ουσίες αποτελούν την κυτταροπλασματική μεμβράνη. κυτταροπλασματική μεμβράνη

βάση Το πλάσμα, όπως και άλλες μεμβράνες στα κύτταρα (για παράδειγμα, μιτοχόνδρια, πλαστίδια κ.λπ.), είναι ένα στρώμα λιπιδίων που έχει δύο σειρές μορίων (Εικ. 1). Δεδομένου ότι τα μόρια λιπιδίων είναι πολικά (ο ένας πόλος είναι υδρόφιλος, δηλαδή έλκεται από το νερό και ο άλλος είναι υδρόφοβος, δηλαδή απωθείται από το νερό), είναι διατεταγμένα με μια συγκεκριμένη σειρά. Τα υδρόφιλα άκρα των μορίων μιας στιβάδας κατευθύνονται προς το υδατικό μέσο - μέσα στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου και το άλλο στρώμα - προς τα έξω από το κύτταρο - προς τη μεσοκυτταρική ουσία (σε πολυκύτταρους οργανισμούς) ή το υδατικό μέσο (σε μονοκύτταρους οργανισμούς ).

Ρύζι. 1. Η δομή της κυτταρικής μεμβράνης σύμφωνα με το υγρόμωσαϊκό μοντέλο. Οι πρωτεΐνες και οι γλυκοπρωτεΐνες βυθίζονται σε ένα διπλόένα στρώμα λιπιδικών μορίων στραμμένο προς το υδρόφιλό τουςάκρα (κύκλοι) προς τα έξω και υδρόφοβα (κυματιστές γραμμές) -βαθιά μέσα στη μεμβράνη

Εκκρίνουν περιφερικές πρωτεΐνες (εντοπίζονται μόνο πάνω από την εσωτερική ή την εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης), το ακέραιοναι (είναι σταθερά ενσωματωμένα στη μεμβράνη, βυθισμένα σε αυτήν, μπορούν να αλλάξουν τη θέση τους ανάλογα με την κατάσταση κύτταρα). Λειτουργίες μεμβρανικών πρωτεϊνών: υποδοχέας, δομική(υποστηρίζει το σχήμα του κυττάρου), ενζυματικό, συγκολλητικό, αντιγονικό, μεταφορικό.

Τα μόρια της πρωτεΐνης είναι μωσαϊκά ενσωματωμένα στη διμοριακή στιβάδα των λιπιδίων. Από το εξωτερικό του ζωικού κυττάρου, τα μόρια πολυσακχαριτών προσκολλώνται στα λιπίδια και στα μόρια πρωτεΐνης της μεμβράνης του πλάσματος, σχηματίζοντας γλυκολιπίδια και γλυκοπρωτεΐνες.

Αυτό το συσσωμάτωμα σχηματίζει το στρώμα του γλυκοκάλυκα. Η λειτουργία του υποδοχέα του πλάσματος σχετίζεται με αυτό (βλ. παρακάτω). μπορεί επίσης να συσσωρεύσει διάφορες ουσίες που χρησιμοποιούνται από το κύτταρο. Επιπλέον, ο γλυκοκάλυκας ενισχύει τη μηχανική σταθερότητα του πλάσματος.

Στα κύτταρα των φυτών και των μυκήτων υπάρχει επίσης ένα κυτταρικό τοίχωμα που παίζει υποστηρικτικό και προστατευτικό ρόλο. Στα φυτά, αποτελείται από κυτταρίνη, ενώ στους μύκητες, από χιτίνη.

Το δομικό σχήμα της στοιχειώδους μεμβράνης είναι υγρό-μωσαϊκό: τα λίπη αποτελούν ένα υγρό-κρυσταλλικό πλαίσιο και οι πρωτεΐνες είναι ενσωματωμένες σε μωσαϊκό σε αυτό και μπορούν να αλλάξουν τη θέση τους.

Η πιο σημαντική λειτουργία της μεμβράνης: προάγει τη διαμερισματοποίηση - κάτωδιαίρεση του περιεχομένου του κυττάρου σε ξεχωριστά κύτταρα, που διαφέρουν στις λεπτομέρειες της χημικής ή ενζυμικής σύνθεσης. Αυτό επιτυγχάνει υψηλή τακτοποίηση των εσωτερικών περιεχομένων οποιουδήποτε ευκαρυωτικού κυττάρου. Το διαμέρισμα συμβάλλει χωρικός διαχωρισμός των διεργασιών που συμβαίνουν στο κύτταρο ke. Ένα ξεχωριστό διαμέρισμα (κύτταρο) αντιπροσωπεύεται από κάποιο μεμβρανικό οργανίδιο (για παράδειγμα, ένα λυσόσωμα) ή μέρος του (cristae που οριοθετούνται από την εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων).

Αλλα χαρακτηριστικά:

1) εμπόδιο (οριοθέτηση του εσωτερικού περιεχομένου του κελιού).

2) δομικό (δίνοντας ένα συγκεκριμένο σχήμα στα κύτταρα μέσαευθύνη για τις λειτουργίες που εκτελούνται)·

3) προστατευτικό (λόγω επιλεκτικής διαπερατότητας, λήψηκαι αντιγονικότητα της μεμβράνης).

4) ρυθμιστική (ρύθμιση επιλεκτικής διαπερατότητας για διάφορες ουσίες (παθητική μεταφορά χωρίς δαπάνη ενέργειας σύμφωνα με τους νόμους της διάχυσης ή της όσμωσης και ενεργητική μεταφορά με δαπάνη ενέργειας από πινοκύττωση, ενδο- και εξωκυττάρωση, λειτουργία αντλίας νατρίου-καλίου, φαγοκυττάρωση)). Ολόκληρα κύτταρα ή μεγάλα σωματίδια καταπίνονται από φαγοκυττάρωση (για παράδειγμα, θυμηθείτε να τρέφεστε με αμοιβάδες ή φαγοκυττάρωση από προστατευτικά αιμοσφαίρια βακτηρίων). Στην πινοκυττάρωση απορροφώνται μικρά σωματίδια ή σταγονίδια μιας υγρής ουσίας. Κοινό και στις δύο διαδικασίες είναι ότι οι απορροφούμενες ουσίες περιβάλλονται από μια κολπική εξωτερική μεμβράνη με το σχηματισμό ενός κενοτόπιου, το οποίο στη συνέχεια μετακινείται στα βάθη του κυτταροπλάσματος του κυττάρου. Η εξωκυττάρωση είναι μια διαδικασία (που είναι επίσης ενεργή μεταφορά) αντίθετη προς την κατεύθυνση της φαγοκυττάρωσης και της πινοκύττωσης (Εικ. 13). Με τη βοήθειά του, μπορούν να αφαιρεθούν άπεπτα υπολείμματα τροφής σε πρωτόζωα ή βιολογικά δραστικές ουσίες που σχηματίζονται στο εκκριτικό κύτταρο.

5) λειτουργία κόλλας (όλα τα κύτταρα συνδέονται μεταξύ τους μέσω συγκεκριμένων επαφών (σφιχτές και χαλαρές)).

6) υποδοχέας (λόγω της εργασίας των πρωτεϊνών της περιφερικής μεμβράνης). Υπάρχουν μη ειδικοί υποδοχείς που αντιλαμβάνονται πολλά ερεθίσματα (για παράδειγμα, θερμοϋποδοχείς κρύου και θερμότητας) και συγκεκριμένοι που αντιλαμβάνονται μόνο ένα ερέθισμα (υποδοχείς του συστήματος αντίληψης φωτός του ματιού).

7) ηλεκτρογονική (αλλαγή στο ηλεκτρικό δυναμικό της επιφάνειας του κυττάρου λόγω της ανακατανομής των ιόντων καλίου και νατρίου (το δυναμικό μεμβράνης των νευρικών κυττάρων είναι 90 mV)).

8) αντιγονικό: σχετίζεται με γλυκοπρωτεΐνες και πολυσακχαρίτες μεμβράνης. Στην επιφάνεια κάθε κυττάρου υπάρχουν μόρια πρωτεΐνης που είναι ειδικά μόνο για αυτόν τον τύπο κυττάρου. Με τη βοήθειά τους, το ανοσοποιητικό σύστημα είναι σε θέση να διακρίνει μεταξύ των εαυτών και των ξένων κυττάρων. Η ανταλλαγή ουσιών μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντος πραγματοποιείται με διαφορετικούς τρόπους - παθητικό και ενεργητικό.

Η κυτταροπλασματική κυτταρική μεμβράνη αποτελείται από τρία στρώματα:

Εξωτερική - πρωτεΐνη;

Μεσαίο - διμοριακό στρώμα λιπιδίων.

Εσωτερική - πρωτεΐνη.

Το πάχος της μεμβράνης είναι 7,5-10 nm. Το διμοριακό στρώμα των λιπιδίων είναι η μήτρα της μεμβράνης. Τα μόρια λιπιδίων και των δύο στρωμάτων του αλληλεπιδρούν με τα μόρια πρωτεΐνης που βυθίζονται σε αυτά. Από το 60 έως το 75% των λιπιδίων της μεμβράνης είναι φωσφολιπίδια, το 15-30% χοληστερόλη. Οι πρωτεΐνες αντιπροσωπεύονται κυρίως από γλυκοπρωτεΐνες. Διακρίνω αναπόσπαστες πρωτεΐνεςπου εκτείνεται σε ολόκληρη τη μεμβράνη και περιφερειακόςβρίσκεται στην εξωτερική ή στην εσωτερική επιφάνεια.

αναπόσπαστες πρωτεΐνεςσχηματίζουν κανάλια ιόντων που παρέχουν την ανταλλαγή ορισμένων ιόντων μεταξύ του εξωκυττάριου και του ενδοκυτταρικού υγρού. Είναι επίσης ένζυμα που πραγματοποιούν αντιδιαβαθμισμένη μεταφορά ιόντων κατά μήκος της μεμβράνης.

Περιφερικές πρωτεΐνεςείναι χημειοϋποδοχείς στην εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης, οι οποίοι μπορούν να αλληλεπιδράσουν με διάφορες φυσιολογικά δραστικές ουσίες.

Λειτουργίες μεμβράνης:

1. Εξασφαλίζει την ακεραιότητα του κυττάρου ως δομικής μονάδας του ιστού.

Εκτελεί την ανταλλαγή ιόντων μεταξύ του κυτταροπλάσματος και του εξωκυττάριου υγρού.

Παρέχει ενεργή μεταφορά ιόντων και άλλων ουσιών μέσα και έξω από το κύτταρο.

Παράγει την αντίληψη και την επεξεργασία των πληροφοριών που έρχονται στο κύτταρο με τη μορφή χημικών και ηλεκτρικών σημάτων.

Μηχανισμοί κυτταρικής διεγερσιμότητας. Ιστορία της μελέτης των βιοηλεκτρικών φαινομένων.

Βασικά, οι πληροφορίες που μεταδίδονται στο σώμα είναι με τη μορφή ηλεκτρικών σημάτων (για παράδειγμα, νευρικών παρορμήσεων). Η παρουσία ζωικού ηλεκτρισμού διαπιστώθηκε για πρώτη φορά από τον φυσιοδίφη (φυσιολόγο) L. Galvani το 1786. Για να μελετήσει τον ατμοσφαιρικό ηλεκτρισμό, κρέμασε νευρομυϊκά σκευάσματα από πόδια βατράχου σε ένα χάλκινο γάντζο. Όταν αυτά τα πόδια άγγιξαν το σιδερένιο κιγκλίδωμα του μπαλκονιού, οι μύες συσπάστηκαν. Αυτό έδειξε τη δράση κάποιου είδους ηλεκτρισμού στο νεύρο του νευρομυϊκού παρασκευάσματος. Ο Galvani θεώρησε ότι αυτό οφειλόταν στην παρουσία ηλεκτρισμού στους ίδιους τους ζωντανούς ιστούς. Ωστόσο, ο A. Volta διαπίστωσε ότι η πηγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι ο τόπος επαφής δύο ανόμοιων μετάλλων - του χαλκού και του σιδήρου. Στη φυσιολογία Η πρώτη κλασική εμπειρία του Galvaniθεωρείται ότι αγγίζει το νεύρο του νευρομυϊκού παρασκευάσματος με διμεταλλικό τσιμπιδάκι από χαλκό και σίδηρο. Για να αποδείξει την υπόθεσή του, ο Galvani παρήγαγε δεύτερη εμπειρία. Έριξε την άκρη του νεύρου που νευρώνει το νευρομυϊκό παρασκεύασμα πάνω από την τομή του μυός του. Το αποτέλεσμα ήταν μια συστολή. Ωστόσο, αυτή η εμπειρία δεν έπεισε τους συγχρόνους του Galvani. Επομένως, ένας άλλος Ιταλός Matteuchi έκανε το εξής πείραμα. Τοποθέτησε το νεύρο ενός νευρομυϊκού παρασκευάσματος βατράχου στον μυ του δεύτερου, το οποίο συσπάστηκε υπό την επίδραση ενός ερεθιστικού ρεύματος. Ως αποτέλεσμα, το πρώτο φάρμακο άρχισε επίσης να μειώνεται. Αυτό έδειχνε τη μεταφορά ηλεκτρισμού (δυναμικό δράσης) από έναν μυ στον άλλο. Η παρουσία διαφοράς δυναμικού μεταξύ κατεστραμμένων και μη κατεστραμμένων τμημάτων του μυός διαπιστώθηκε για πρώτη φορά με ακρίβεια τον 19ο αιώνα χρησιμοποιώντας ένα γαλβανόμετρο χορδής (αμπερόμετρο) από τον Matteuchi. Επιπλέον, η τομή είχε αρνητικό φορτίο και η επιφάνεια του μυός ήταν θετική.

Η κυτταροπλασματική μεμβράνη που διαχωρίζει το κυτταρόπλασμα από το κυτταρικό τοίχωμα ονομάζεται πλασμάλεμα (πλασματική μεμβράνη) και αυτή που το διαχωρίζει από το κενοτόπιο ονομάζεται τονοπλάστης (στοιχειώδης μεμβράνη).

Επί του παρόντος, χρησιμοποιείται το ρευστό μωσαϊκό μοντέλο της μεμβράνης (Εικ. 1.9), σύμφωνα με το οποίο η μεμβράνη αποτελείται από μια διπλή στιβάδα λιπιδικών μορίων (φωσφολιπίδια) με υδρόφιλες κεφαλές και 2 υδρόφοβες ουρές στραμμένες προς το εσωτερικό της στρώσης. Εκτός από λιπίδια, οι μεμβράνες περιέχουν και πρωτεΐνες.

Υπάρχουν 3 τύποι μεμβρανικών πρωτεϊνών που «επιπλέουν» στη διπλή στιβάδα: ενσωματωμένες πρωτεΐνες που διεισδύουν σε όλο το πάχος της διπλής στοιβάδας. ημι-ολοκληρωμένο, που διεισδύει ατελώς στη διπλή στιβάδα. περιφερειακό, προσαρτημένο από την εξωτερική ή την εσωτερική πλευρά της μεμβράνης σε άλλες πρωτεΐνες της μεμβράνης. Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες εκτελούν διάφορες λειτουργίες: μερικές από αυτές είναι ένζυμα, άλλες δρουν ως φορείς συγκεκριμένων μορίων κατά μήκος της μεμβράνης ή σχηματίζουν υδρόφιλους πόρους μέσω των οποίων μπορούν να περάσουν πολικά μόρια.

Μία από τις κύριες ιδιότητες των κυτταρικών μεμβρανών είναι η ημιπερατότητα τους: περνούν νερό, αλλά δεν περνούν ουσίες διαλυμένες σε αυτό, δηλαδή έχουν επιλεκτική διαπερατότητα.

Ρύζι. 1.9. Σχέδιο της δομής μιας βιολογικής μεμβράνης:

Α - εξωκυττάριος χώρος. Β - κυτταρόπλασμα; 1 - διμοριακό στρώμα λιπιδίων. 2 - περιφερική πρωτεΐνη. 3 - υδρόφιλη περιοχή της ενσωματωμένης πρωτεΐνης. 4 - υδρόφοβη περιοχή της ενσωματωμένης πρωτεΐνης. 5 - αλυσίδα υδατανθράκων

Μεταφορά μέσω μεμβρανών

Ανάλογα με το ενεργειακό κόστος, η μεταφορά ουσιών και ιόντων μέσω της μεμβράνης χωρίζεται σε παθητική, που δεν απαιτεί ενέργεια, και ενεργή, που σχετίζεται με την κατανάλωση ενέργειας. Η παθητική μεταφορά περιλαμβάνει διαδικασίες όπως η διάχυση, η διευκολυνόμενη διάχυση, η όσμωση.

Διάχυση- αυτή είναι η διαδικασία διείσδυσης μορίων μέσω της λιπιδικής διπλοστοιβάδας κατά μήκος μιας βαθμίδας συγκέντρωσης (από μια περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης σε μια χαμηλότερη). Όσο μικρότερο είναι το μόριο και όσο πιο μη πολικό, τόσο πιο γρήγορα διαχέεται μέσω της μεμβράνης.

Με διευκολυνόμενη διάχυση, η διέλευση μιας ουσίας μέσω της μεμβράνης υποβοηθείται από μια πρωτεΐνη μεταφοράς. Έτσι, στο κύτταρο εισέρχονται διάφορα πολικά μόρια, όπως σάκχαρα, αμινοξέα, νουκλεοτίδια κ.λπ.

Ωσμωσηείναι η διάχυση του νερού μέσω ημιπερατών μεμβρανών. Η όσμωση προκαλεί τη μετακίνηση του νερού από ένα διάλυμα με υψηλό δυναμικό νερού σε ένα διάλυμα με χαμηλό δυναμικό νερού.

ενεργή μεταφορά- αυτή είναι η μεταφορά μορίων και ιόντων μέσω της μεμβράνης, συνοδευόμενη από κόστος ενέργειας. Η ενεργή μεταφορά έρχεται σε αντίθεση με τη βαθμίδα συγκέντρωσης και την ηλεκτροχημική βαθμίδα και χρησιμοποιεί την ενέργεια του ATP. Ο μηχανισμός ενεργού μεταφοράς ουσιών βασίζεται στο έργο της αντλίας πρωτονίων (H + και K +) σε φυτά και μύκητες, οι οποίες διατηρούν υψηλή συγκέντρωση K + εντός του κυττάρου και χαμηλή συγκέντρωση H + (Na + και K + - στα ζώα). Η ενέργεια που απαιτείται για τη λειτουργία αυτής της αντλίας έρχεται με τη μορφή ATP, η οποία συντίθεται κατά την κυτταρική αναπνοή.

Ένας άλλος τύπος ενεργού μεταφοράς είναι γνωστός - ενδο- και εξωκυττάρωση. Αυτές είναι 2 ενεργές διαδικασίες με τις οποίες διάφορα μόρια μεταφέρονται μέσω της μεμβράνης στο κύτταρο ( ενδοκυττάρωση) ή από αυτό ( εξωκυττάρωση).

Κατά τη διάρκεια της ενδοκυττάρωσης, ουσίες εισέρχονται στο κύτταρο ως αποτέλεσμα της διείσδυσης (εισβολής) της πλασματικής μεμβράνης. Τα κυστίδια που προκύπτουν, ή κενοτόπια, μεταφέρονται στο κυτταρόπλασμα μαζί με τις ουσίες που περιέχονται σε αυτά. Η κατάποση μεγάλων σωματιδίων, όπως μικροοργανισμοί ή κυτταρικά υπολείμματα, ονομάζεται φαγοκυττάρωση. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται μεγάλες φυσαλίδες, που ονομάζονται κενοτόπια. Η απορρόφηση υγρών (αιωρήματα, κολλοειδή διαλύματα) ή διαλυμένων ουσιών με τη βοήθεια μικρών φυσαλίδων ονομάζεται πινοκυττάρωση.

Η αντίστροφη διαδικασία από την ενδοκυττάρωση ονομάζεται εξωκυττάρωση. Πολλές ουσίες αφαιρούνται από το κύτταρο σε ειδικά κυστίδια ή κενοτόπια. Ένα παράδειγμα είναι η απόσυρση από τα εκκριτικά κύτταρα των υγρών μυστικών τους. ένα άλλο παράδειγμα είναι η συμμετοχή κυστιδίων δικτυοσώματος στο σχηματισμό του κυτταρικού τοιχώματος.

ΠΑΡΑΓΩΓΑ ΠΡΩΤΟΠΛΑΣΤΩΝ

Κυτταρικό κενό

Κυτταρικό κενόείναι μια δεξαμενή που οριοθετείται από μια μόνο μεμβράνη - τον τονοπλαστικό. Το κενοτόπιο περιέχει κυτταρικό χυμό - ένα συμπυκνωμένο διάλυμα διαφόρων ουσιών, όπως μεταλλικά άλατα, σάκχαρα, χρωστικές ουσίες, οργανικά οξέα, ένζυμα. Στα ώριμα κύτταρα, τα κενοτόπια συγχωνεύονται σε ένα κεντρικό κενοτόπιο.

Διάφορες ουσίες αποθηκεύονται σε κενοτόπια, συμπεριλαμβανομένων των τελικών προϊόντων του μεταβολισμού. Οι οσμωτικές ιδιότητες του κυττάρου εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το περιεχόμενο του κενοτοπίου.

Λόγω του γεγονότος ότι τα κενοτόπια περιέχουν ισχυρά διαλύματα αλάτων και άλλων ουσιών, τα φυτικά κύτταρα απορροφούν συνεχώς νερό οσμωτικά και δημιουργούν υδροστατική πίεση στο κυτταρικό τοίχωμα, που ονομάζεται πίεση turgor. Η πίεση turgor αντιτίθεται από μια ίση πίεση του κυτταρικού τοιχώματος, που κατευθύνεται μέσα στην κυψέλη. Τα περισσότερα φυτικά κύτταρα υπάρχουν σε υποτονικό περιβάλλον. Αλλά εάν ένα τέτοιο κύτταρο τοποθετηθεί σε ένα υπερτονικό διάλυμα, το νερό θα αρχίσει να φεύγει από το κύτταρο σύμφωνα με τους νόμους της όσμωσης (για να εξισώσει το δυναμικό του νερού και στις δύο πλευρές της μεμβράνης). Ταυτόχρονα, το κενοτόπιο θα συρρικνωθεί σε όγκο, η πίεσή του στον πρωτοπλάστη θα μειωθεί και η μεμβράνη θα αρχίσει να απομακρύνεται από το κυτταρικό τοίχωμα. Το φαινόμενο της αποκόλλησης πρωτοπλάστη από το κυτταρικό τοίχωμα ονομάζεται πλασμόλυση. Υπό φυσικές συνθήκες, μια τέτοια απώλεια στροβιλισμού στα κύτταρα θα οδηγήσει στο μαρασμό του φυτού, στο χαμήλωμα των φύλλων και των στελεχών. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία είναι αναστρέψιμη: εάν το κύτταρο τοποθετηθεί σε νερό (για παράδειγμα, όταν ποτίζουμε ένα φυτό), εμφανίζεται ένα φαινόμενο που είναι το αντίθετο της πλασμόλυσης - αποπλασμόλυσης (βλ. Εικ. 1.10).

Ρύζι. 1.10. Σχέδιο πλασμόλυσης:

Α - κύτταρο σε κατάσταση στροβιλισμού (σε ισοτονικό διάλυμα). Β - έναρξη της πλασμόλυσης (κύτταρο τοποθετείται σε διάλυμα KNO3 6%). C - πλήρης πλασμόλυση (κύτταρο τοποθετείται σε διάλυμα KNO3 10%). 1 - χλωροπλάστης; 2 - πυρήνας? 3 - κυτταρικό τοίχωμα. 4 - πρωτοπλάστης; 5 - κεντρικό κενό

εγκλείσματα

Τα κυτταρικά εγκλείσματα είναι εφεδρικές και απεκκριτικές ουσίες.

Οι ανταλλακτικές ουσίες (προσωρινά αποκλείονται από το μεταβολισμό) και, μαζί με αυτές, τα άχρηστα προϊόντα (απεκκριτικές ουσίες) ονομάζονται συχνά εργοστικές ουσίες του κυττάρου. Οι ουσίες αποθήκευσης περιλαμβάνουν πρωτεΐνες αποθήκευσης, λίπη και υδατάνθρακες. Οι ουσίες αυτές συσσωρεύονται κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου σε σπόρους, καρπούς, υπόγεια όργανα του φυτού και στον πυρήνα του στελέχους.

Ανταλλακτικές ουσίες

Οι ανταλλακτικές πρωτεΐνες, που σχετίζονται με απλές πρωτεΐνες - πρωτεΐνες, εναποτίθενται συχνότερα στους σπόρους. Η καθίζηση των πρωτεϊνών σε κενοτόπια σχηματίζει στρογγυλούς ή ελλειπτικούς κόκκους που ονομάζονται αλευρόνη. Εάν οι κόκκοι αλευρόνης δεν έχουν αισθητή εσωτερική δομή και αποτελούνται από άμορφη πρωτεΐνη, ονομάζονται απλοί. Εάν μια κρυσταλλική δομή (κρυσταλλοειδής) και γυαλιστερά άχρωμα σώματα στρογγυλεμένου σχήματος (σφαιροειδή) βρίσκονται σε κόκκους αλευρόνης μεταξύ άμορφων πρωτεϊνών, αυτοί οι κόκκοι αλευρόνης ονομάζονται σύνθετοι (βλ. Εικ. 1.11). Η άμορφη πρωτεΐνη του κόκκου αλευρόνης αντιπροσωπεύεται από μια ομοιογενή, αδιαφανή κιτρινωπή πρωτεΐνη που διογκώνεται στο νερό. Τα κρυσταλλοειδή έχουν ρομβοεδρικό σχήμα χαρακτηριστικό των κρυστάλλων, αλλά σε αντίθεση με τους αληθινούς κρυστάλλους, η πρωτεΐνη τους διογκώνεται στο νερό. Τα σφαιροειδή αποτελούνται από άλας ασβεστίου-μαγνήσιου, περιέχουν φώσφορο, είναι αδιάλυτα στο νερό και δεν αντιδρούν στις πρωτεΐνες.

Ρύζι. 1.11. Σύνθετοι κόκκοι αλευρόνης:

1 - πόροι στο κέλυφος. 2 - σφαιροειδή? 3 - άμορφη πρωτεϊνική μάζα. 4 - κρυσταλλοειδή βυθισμένα σε πρωτεϊνική μάζα αμφορέα

Ανταλλακτικά λιπίδιαεντοπίζονται συνήθως στο υαλόπλασμα με τη μορφή σταγονιδίων και βρίσκονται σχεδόν σε όλα τα φυτικά κύτταρα. Αυτός είναι ο κύριος τύπος αποθεματικών θρεπτικών συστατικών για τα περισσότερα φυτά: οι σπόροι και τα φρούτα είναι τα πιο πλούσια σε αυτά. Τα λίπη (λιπίδια) είναι η αποθεματική ουσία με τις περισσότερες θερμίδες. Το αντιδραστήριο για ουσίες που μοιάζουν με λίπος είναι το Σουδάν III, το οποίο τις κάνει πορτοκαλί.

Υδατάνθρακεςαποτελούν μέρος κάθε κυττάρου με τη μορφή υδατοδιαλυτών σακχάρων (γλυκόζη, φρουκτόζη, σακχαρόζη) και αδιάλυτων στο νερό πολυσακχαριτών (κυτταρίνη, άμυλο). Στο κύτταρο, οι υδατάνθρακες παίζουν το ρόλο μιας πηγής ενέργειας για μεταβολικές αντιδράσεις. Τα σάκχαρα, που συνδέονται με άλλες βιολογικές ουσίες του κυττάρου, σχηματίζουν γλυκοσίδες και οι πολυσακχαρίτες με πρωτεΐνες σχηματίζουν γλυκοπρωτεΐνες. Η σύνθεση των υδατανθράκων των φυτικών κυττάρων είναι πολύ πιο ποικιλόμορφη από εκείνη των ζωικών κυττάρων, λόγω της ποικιλόμορφης σύνθεσης των πολυσακχαριτών του κυτταρικού τοιχώματος και των σακχάρων των κενοτοπίων.

Ο κύριος και πιο κοινός υδατάνθρακας αποθήκευσης είναι το πολυσακχαριδικό άμυλο. Το πρωτογενές άμυλο αφομοίωσης σχηματίζεται σε χλωροπλάστες. Τη νύχτα, όταν σταματά η φωτοσύνθεση, το άμυλο υδρολύεται σε σάκχαρα και μεταφέρεται σε ιστούς αποθήκευσης - κόνδυλους, βολβούς, ριζώματα. Εκεί, σε ειδικούς τύπους λευκοπλάστες - αμυλοπλάστες - εναποτίθεται μέρος των σακχάρων με τη μορφή κόκκων δευτερογενούς αμύλου. Για τους κόκκους αμύλου, η πλαστικοποίηση είναι χαρακτηριστική, γεγονός που εξηγείται από τη διαφορετική περιεκτικότητα σε νερό λόγω της ανομοιόμορφης παροχής αμύλου κατά τη διάρκεια της ημέρας. Υπάρχει περισσότερο νερό στα σκοτεινά στρώματα παρά στα ανοιχτόχρωμα. Ένας κόκκος με ένα κέντρο σχηματισμού αμύλου στο κέντρο του αμυλοπλάστη ονομάζεται απλός ομόκεντρος, εάν το κέντρο είναι μετατοπισμένο - απλός έκκεντρος. Οι κόκκοι με πολλά κέντρα σχηματισμού αμύλου είναι πολύπλοκοι. Στους ημισύνθετους κόκκους, νέα στρώματα εναποτίθενται γύρω από πολλά κέντρα αμύλου, και στη συνέχεια σχηματίζονται κοινά στρώματα και καλύπτουν τα κέντρα αμύλου (βλ. Εικ. 1.12). Το αντιδραστήριο για το άμυλο είναι ένα διάλυμα ιωδίου, το οποίο δίνει ένα μπλε χρώμα.

Ρύζι. 1.12. Κόκκοι αμύλου πατάτας (Α):

1 - απλός κόκκος. 2 - ημι-σύνθετο? 3 - σύνθετο? σιτάρι (Β), βρώμη (C)

Απεκκριτικές ουσίες (δευτερογενή μεταβολικά προϊόντα)

Τα κυτταρικά εγκλείσματα περιλαμβάνουν επίσης απεκκριτικές ουσίες, όπως κρύσταλλοι οξαλικού ασβεστίου ( μονοκρύσταλλοι, rafid -κρύσταλλοι σε σχήμα βελόνας, δρούσες - αλληλοαναπτύξεις κρυστάλλων, κρυσταλλική άμμος - συσσώρευση πολλών μικρών κρυστάλλων) (βλ. Εικ. 1.13). Πιο σπάνια, οι κρύσταλλοι αποτελούνται από ανθρακικό ασβέστιο ή πυρίτιο ( κυστολίθους; βλέπε εικ. 1.14). Οι κυστολίθοι εναποτίθενται στο κυτταρικό τοίχωμα, προεξέχοντας μέσα στο κύτταρο με τη μορφή τσαμπιών σταφυλιών και είναι τυπικά, για παράδειγμα, για τους εκπροσώπους της οικογένειας της τσουκνίδας, τα φύλλα ficus.

Σε αντίθεση με τα ζώα που εκκρίνουν υπερβολικά άλατα με τα ούρα, τα φυτά δεν έχουν αναπτυγμένα όργανα απέκκρισης. Ως εκ τούτου, πιστεύεται ότι οι κρύσταλλοι οξαλικού ασβεστίου είναι το τελικό προϊόν του μεταβολισμού του πρωτοπλάστη, ο οποίος σχηματίζεται ως συσκευή για την απομάκρυνση της περίσσειας ασβεστίου από το μεταβολισμό. Κατά κανόνα, αυτοί οι κρύσταλλοι συσσωρεύονται στα όργανα που ρίχνει περιοδικά το φυτό (φύλλα, φλοιός).

Ρύζι. 1.13. Μορφές κρυστάλλων οξαλικού ασβεστίου στα κύτταρα:

1, 2 - rafida (ευγενής; 1 - πλάγια όψη, 2 - σε διατομή). 3 - druse (opuntia); 4 - κρυσταλλική άμμος (πατάτες). 5 - μονοκρύσταλλο (βανίλια)

Ρύζι. 1.14. Κυστόλιθος (σε διατομή φύλλου ficus):

1 - δέρμα φύλλων. 2 - κυστολίτης

Αιθέρια έλαιασυσσωρεύονται σε φύλλα (μέντα, λεβάντα, φασκόμηλο), άνθη (ροδαλόι), φρούτα (εσπεριδοειδή) και σπόρους φυτών (άνηθος, γλυκάνισος). Τα αιθέρια έλαια δεν συμμετέχουν στο μεταβολισμό, αλλά χρησιμοποιούνται ευρέως στην αρωματοποιία (έλαια τριαντάφυλλου, γιασεμιού), στη βιομηχανία τροφίμων (έλαια γλυκάνισου, άνηθου), στην ιατρική (έλαια μέντας, ευκαλύπτου). Οι αδένες (μέντα), τα λυσιγονικά δοχεία (εσπεριδοειδή), οι αδενικές τρίχες (γεράνι) μπορούν να αποτελέσουν δεξαμενές για τη συσσώρευση αιθέριων ελαίων.

ρητίνες- Πρόκειται για σύνθετες ενώσεις που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της φυσιολογικής δραστηριότητας της ζωής ή ως αποτέλεσμα καταστροφής ιστών. Σχηματίζονται από τα επιθηλιακά κύτταρα που επενδύουν τους αγωγούς της ρητίνης ως μεταβολικό υποπροϊόν, συχνά με αιθέρια έλαια. Μπορούν να συσσωρευτούν στον κυτταρικό χυμό, στο κυτταρόπλασμα με τη μορφή σταγόνων ή σε δοχεία. Είναι αδιάλυτα στο νερό, αδιαπέραστα στους μικροοργανισμούς και χάρη στις αντισηπτικές τους ιδιότητες αυξάνουν την αντοχή των φυτών στις ασθένειες. Οι ρητίνες χρησιμοποιούνται στην ιατρική, καθώς και στην κατασκευή χρωμάτων, βερνικιών και λιπαντικών ελαίων. Στη σύγχρονη βιομηχανία, αντικαθίστανται από συνθετικά υλικά.

κυτταρικό τοίχωμα

Το άκαμπτο κυτταρικό τοίχωμα που περιβάλλει το κύτταρο αποτελείται από μικροϊνίδια κυτταρίνης βυθισμένα σε μια μήτρα, η οποία περιλαμβάνει ημικυτταρίνες και ουσίες πηκτίνης. Το κυτταρικό τοίχωμα παρέχει μηχανική υποστήριξη στο κύτταρο, προστασία του πρωτοπλάστη και διατήρηση του σχήματος του κυττάρου. Σε αυτή την περίπτωση, το κυτταρικό τοίχωμα είναι ικανό να τεντωθεί. Όντας προϊόν της ζωτικής δραστηριότητας του πρωτοπλάστη, το τοίχωμα μπορεί να αναπτυχθεί μόνο σε επαφή με αυτόν. Το νερό και τα μεταλλικά άλατα κινούνται μέσω του κυτταρικού τοιχώματος, αλλά για τις μακρομοριακές ουσίες είναι εντελώς ή μερικώς αδιαπέραστο. Όταν ο πρωτοπλάστης πεθάνει, ο τοίχος μπορεί να συνεχίσει να εκτελεί τη λειτουργία της αγωγής του νερού. Η παρουσία ενός κυτταρικού τοιχώματος, περισσότερο από οποιοδήποτε άλλο χαρακτηριστικό, διακρίνει τα φυτικά κύτταρα από τα ζώα. Η κυτταρίνη καθορίζει σε μεγάλο βαθμό την αρχιτεκτονική του κυτταρικού τοιχώματος. Το μονομερές της κυτταρίνης είναι η γλυκόζη. Οι δέσμες των μορίων κυτταρίνης σχηματίζουν μικκύλια, τα οποία συνδυάζονται σε μεγαλύτερες δέσμες - μικροϊνίδια. Το αντιδραστήριο για την κυτταρίνη είναι χλώριο-ψευδάργυρο-ιώδιο (Cl-Zn-I), το οποίο δίνει ένα μπλε-ιώδες χρώμα.

Το ικρίωμα κυτταρίνης του κυτταρικού τοιχώματος είναι γεμάτο με μόρια μήτρας μη κυτταρίνης. Η μήτρα περιέχει πολυσακχαρίτες που ονομάζονται ημικυτταρίνες. ουσίες πηκτίνης (πηκτίνη), πολύ κοντά σε ημικυτταρίνες και γλυκοπρωτεΐνες. Οι πηκτικές ουσίες, που συγχωνεύονται μεταξύ γειτονικών κυττάρων, σχηματίζουν μια διάμεση πλάκα, η οποία βρίσκεται ανάμεσα στις πρωτεύουσες μεμβράνες γειτονικών κυττάρων. Όταν η μεσαία πλάκα διαλύεται ή καταστραφεί (που εμφανίζεται στον πολτό των ώριμων φρούτων), εμφανίζεται διαβροχή (από το λατινικό maceratio - μαλάκωμα). Φυσική διαβροχή μπορεί να παρατηρηθεί σε πολλά υπερώριμα φρούτα (καρπούζι, πεπόνι, ροδάκινο). Η τεχνητή διαβροχή (κατά την επεξεργασία ιστών με αλκάλιο ή οξύ) χρησιμοποιείται για την παρασκευή διαφόρων ανατομικών και ιστολογικών παρασκευασμάτων.

Το κυτταρικό τοίχωμα στη διαδικασία της ζωής μπορεί να υποστεί διάφορες τροποποιήσεις - λιγνίωση, φελλό, αδυνάτισμα, δερματοποίηση, ανοργανοποίηση (βλ. Πίνακα 1.4).

Πίνακας 1.4.

Παρόμοιες πληροφορίες.

Κυτόπλασμα- ένα υποχρεωτικό τμήμα του κυττάρου, που περικλείεται μεταξύ της πλασματικής μεμβράνης και του πυρήνα. Υποδιαιρείται σε υαλόπλασμα (η κύρια ουσία του κυτταροπλάσματος), οργανίδια (μόνιμα συστατικά του κυτταροπλάσματος) και εγκλείσματα (προσωρινά συστατικά του κυτταροπλάσματος). Η χημική σύσταση του κυτταροπλάσματος: η βάση είναι το νερό (60-90% της συνολικής μάζας του κυτταροπλάσματος), διάφορες οργανικές και ανόργανες ενώσεις. Το κυτταρόπλασμα είναι αλκαλικό. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του κυτταροπλάσματος ενός ευκαρυωτικού κυττάρου είναι η συνεχής κίνηση ( κύκλωση). Ανιχνεύεται κυρίως από την κίνηση των κυτταρικών οργανιδίων, όπως οι χλωροπλάστες. Εάν σταματήσει η κίνηση του κυτταροπλάσματος, το κύτταρο πεθαίνει, αφού μόνο σε συνεχή κίνηση μπορεί να εκτελέσει τις λειτουργίες του.

Υαλόπλασμα ( κυτοσόλιο) είναι ένα άχρωμο, γλοιώδες, παχύρρευστο και διαφανές κολλοειδές διάλυμα. Είναι σε αυτό που λαμβάνουν χώρα όλες οι μεταβολικές διεργασίες, παρέχει τη διασύνδεση του πυρήνα και όλων των οργανιδίων. Ανάλογα με την επικράτηση του υγρού μέρους ή των μεγάλων μορίων στο υαλόπλασμα, διακρίνονται δύο μορφές υαλοπλάσματος: σολ- περισσότερο υγρό υαλόπλασμα και γέλη- πυκνότερο υαλόπλασμα. Είναι δυνατές αμοιβαίες μεταβάσεις μεταξύ τους: η γέλη μετατρέπεται σε sol και αντίστροφα.

Λειτουργίες του κυτταροπλάσματος:

1. ενσωμάτωση όλων των στοιχείων του κυττάρου σε ένα ενιαίο σύστημα,
2. περιβάλλον για τη διέλευση πολλών βιοχημικών και φυσιολογικών διεργασιών,
3. περιβάλλον για την ύπαρξη και τη λειτουργία των οργανιδίων.

Κυτταρικά τοιχώματα

Κυτταρικά τοιχώματαπεριορίζουν τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Τουλάχιστον δύο στρώματα μπορούν να διακριθούν σε κάθε κυτταρική μεμβράνη. Το εσωτερικό στρώμα είναι δίπλα στο κυτταρόπλασμα και αντιπροσωπεύεται από μεμβράνη πλάσματος(συνώνυμα - πλασμάλεμα, κυτταρική μεμβράνη, κυτταροπλασματική μεμβράνη), πάνω από την οποία σχηματίζεται το εξωτερικό στρώμα. Σε ένα ζωικό κύτταρο, είναι λεπτό και λέγεται γλυκοκάλυκα(που σχηματίζεται από γλυκοπρωτεΐνες, γλυκολιπίδια, λιποπρωτεΐνες), σε ένα φυτικό κύτταρο - παχύ, που ονομάζεται κυτταρικό τοίχωμα(σχηματίζεται από κυτταρίνη).

Όλες οι βιολογικές μεμβράνες έχουν κοινά δομικά χαρακτηριστικά και ιδιότητες. Επί του παρόντος γενικά αποδεκτό ρευστό μωσαϊκό μοντέλο της δομής της μεμβράνης. Η βάση της μεμβράνης είναι μια λιπιδική διπλοστιβάδα, που σχηματίζεται κυρίως από φωσφολιπίδια. Τα φωσφολιπίδια είναι τριγλυκερίδια στα οποία ένα υπόλειμμα λιπαρού οξέος αντικαθίσταται από ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος. το τμήμα του μορίου στο οποίο βρίσκεται το υπόλειμμα του φωσφορικού οξέος ονομάζεται υδρόφιλη κεφαλή, τα τμήματα στα οποία βρίσκονται τα υπολείμματα λιπαρών οξέων ονομάζονται υδρόφοβες ουρές. Στη μεμβράνη, τα φωσφολιπίδια είναι διατεταγμένα με αυστηρά διατεταγμένο τρόπο: οι υδρόφοβες ουρές των μορίων αντικρίζουν η μία την άλλη και οι υδρόφιλες κεφαλές στρέφονται προς τα έξω, προς το νερό.

Εκτός από τα λιπίδια, η μεμβράνη περιέχει πρωτεΐνες (κατά μέσο όρο ≈ 60%). Καθορίζουν τις περισσότερες ειδικές λειτουργίες της μεμβράνης (μεταφορά ορισμένων μορίων, κατάλυση αντιδράσεων, λήψη και μετατροπή σημάτων από το περιβάλλον κ.λπ.). Διάκριση: 1) περιφερικές πρωτεΐνες(βρίσκεται στην εξωτερική ή εσωτερική επιφάνεια της λιπιδικής διπλοστοιβάδας), 2) ημι-ολοκληρωμένες πρωτεΐνες(βυθισμένο στη διπλοστοιβάδα λιπιδίων σε διαφορετικά βάθη), 3) ενσωματωμένες ή διαμεμβρανικές πρωτεΐνες(διαπερνούν τη μεμβράνη διαμέσου και διαμέσου, ενώ έρχονται σε επαφή τόσο με το εξωτερικό όσο και με το εσωτερικό περιβάλλον του κυττάρου). Οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες σε ορισμένες περιπτώσεις ονομάζονται σχηματίζοντας κανάλια ή κανάλι, καθώς μπορούν να θεωρηθούν ως υδρόφιλα κανάλια μέσω των οποίων τα πολικά μόρια περνούν στο κύτταρο (το λιπιδικό συστατικό της μεμβράνης δεν θα τα άφηνε να περάσουν).

Α - υδρόφιλη κεφαλή του φωσφολιπιδίου. C, υδρόφοβες ουρές του φωσφολιπιδίου. 1 - υδρόφοβες περιοχές των πρωτεϊνών Ε και F. 2, υδρόφιλες περιοχές της πρωτεΐνης F; 3 - μια διακλαδισμένη ολιγοσακχαριδική αλυσίδα συνδεδεμένη με ένα λιπίδιο σε ένα μόριο γλυκολιπιδίου (τα γλυκολιπίδια είναι λιγότερο κοινά από τις γλυκοπρωτεΐνες). 4 - διακλαδισμένη ολιγοσακχαριτική αλυσίδα συνδεδεμένη με μια πρωτεΐνη σε ένα μόριο γλυκοπρωτεΐνης. 5 - υδρόφιλο κανάλι (λειτουργεί ως πόρος μέσω του οποίου μπορούν να περάσουν ιόντα και μερικά πολικά μόρια).

Η μεμβράνη μπορεί να περιέχει υδατάνθρακες (έως 10%). Το υδατανθρακικό συστατικό των μεμβρανών αντιπροσωπεύεται από αλυσίδες ολιγοσακχαριτών ή πολυσακχαριτών που σχετίζονται με μόρια πρωτεΐνης (γλυκοπρωτεΐνες) ή λιπίδια (γλυκολιπίδια). Βασικά, οι υδατάνθρακες βρίσκονται στην εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης. Οι υδατάνθρακες παρέχουν λειτουργίες υποδοχέα της μεμβράνης. Στα ζωικά κύτταρα, οι γλυκοπρωτεΐνες σχηματίζουν ένα σύμπλεγμα επιμεμβράνης, τον γλυκοκάλυκα, πάχους πολλών δεκάδων νανόμετρων. Πολλοί κυτταρικοί υποδοχείς βρίσκονται σε αυτό, με τη βοήθειά του εμφανίζεται κυτταρική προσκόλληση.

Τα μόρια των πρωτεϊνών, των υδατανθράκων και των λιπιδίων είναι κινητά, ικανά να κινούνται στο επίπεδο της μεμβράνης. Το πάχος της πλασματικής μεμβράνης είναι περίπου 7,5 nm.

Λειτουργίες μεμβράνης

Οι μεμβράνες εκτελούν τις ακόλουθες λειτουργίες:

1. διαχωρισμός του κυτταρικού περιεχομένου από το εξωτερικό περιβάλλον,
2. ρύθμιση του μεταβολισμού μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντος,
3. διαίρεση του κυττάρου σε διαμερίσματα ("διαμερίσματα"),
4. θέση των "ενζυματικών μεταφορέων",
5. παροχή επικοινωνίας μεταξύ των κυττάρων στους ιστούς των πολυκύτταρων οργανισμών (προσκόλληση),
6. αναγνώριση σήματος.

Το πιο σημαντικό ιδιότητα μεμβράνης- επιλεκτική διαπερατότητα, δηλ. Οι μεμβράνες είναι εξαιρετικά διαπερατές σε ορισμένες ουσίες ή μόρια και ελάχιστα διαπερατές (ή εντελώς αδιαπέραστες) σε άλλες. Αυτή η ιδιότητα αποτελεί τη βάση της ρυθμιστικής λειτουργίας των μεμβρανών, η οποία εξασφαλίζει την ανταλλαγή ουσιών μεταξύ του κυττάρου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Η διαδικασία με την οποία οι ουσίες περνούν από την κυτταρική μεμβράνη ονομάζεται μεταφορά ουσιών. Διάκριση: 1) παθητική μεταφορά- η διαδικασία διέλευσης ουσιών, χωρίς ενέργεια. 2) ενεργή μεταφορά- η διαδικασία διέλευσης ουσιών, συνοδευόμενη από το κόστος της ενέργειας.

Στο παθητική μεταφοράοι ουσίες μετακινούνται από μια περιοχή με μεγαλύτερη συγκέντρωση σε μια περιοχή με χαμηλότερη, δηλ. κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσης. Σε οποιοδήποτε διάλυμα υπάρχουν μόρια του διαλύτη και της διαλυμένης ουσίας. Η διαδικασία κίνησης των μορίων της διαλυμένης ουσίας ονομάζεται διάχυση, η κίνηση των μορίων του διαλύτη ονομάζεται όσμωση. Εάν το μόριο είναι φορτισμένο, τότε η μεταφορά του επηρεάζεται από την ηλεκτρική κλίση. Επομένως, συχνά μιλάμε για ηλεκτροχημική κλίση, συνδυάζοντας και τις δύο βαθμίδες μαζί. Η ταχύτητα μεταφοράς εξαρτάται από το μέγεθος της κλίσης.

Διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι παθητικής μεταφοράς: 1) απλή διάχυση- μεταφορά ουσιών απευθείας μέσω της λιπιδικής διπλοστιβάδας (οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα). 2) διάχυση μέσω των καναλιών μεμβράνης- μεταφορά μέσω πρωτεϊνών που σχηματίζουν κανάλι (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) διευκολυνόμενη διάχυση- μεταφορά ουσιών με τη χρήση ειδικών πρωτεϊνών μεταφοράς, καθεμία από τις οποίες είναι υπεύθυνη για την κίνηση ορισμένων μορίων ή ομάδων σχετικών μορίων (γλυκόζη, αμινοξέα, νουκλεοτίδια). 4) ώσμωση- μεταφορά μορίων νερού (σε όλα τα βιολογικά συστήματα, το νερό είναι ο διαλύτης).

Ανάγκη ενεργή μεταφοράεμφανίζεται όταν είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η μεταφορά μορίων μέσω της μεμβράνης έναντι της ηλεκτροχημικής βαθμίδας. Αυτή η μεταφορά πραγματοποιείται από ειδικές πρωτεΐνες-φορείς, η δραστηριότητα των οποίων απαιτεί ενεργειακή δαπάνη. Η πηγή ενέργειας είναι τα μόρια ATP. Η ενεργή μεταφορά περιλαμβάνει: 1) αντλία Na + /K + (αντλία νατρίου-καλίου), 2) ενδοκυττάρωση, 3) εξωκυττάρωση.

Εργασία Na + /K + -αντλία. Για φυσιολογική λειτουργία, το κύτταρο πρέπει να διατηρεί μια ορισμένη αναλογία ιόντων K + και Na + στο κυτταρόπλασμα και στο εξωτερικό περιβάλλον. Η συγκέντρωση του K + μέσα στο κύτταρο θα πρέπει να είναι σημαντικά υψηλότερη από ό,τι έξω από αυτό, και το Na + - αντίστροφα. Πρέπει να σημειωθεί ότι το Na + και το K + μπορούν να διαχέονται ελεύθερα μέσω των πόρων της μεμβράνης. Η αντλία Na+/K+ εξουδετερώνει την εξίσωση αυτών των συγκεντρώσεων ιόντων και αντλεί ενεργά το Na+ έξω από το κύτταρο και το K+ στο κύτταρο. Η αντλία Na + /K + είναι μια διαμεμβρανική πρωτεΐνη ικανή για αλλαγές διαμόρφωσης, έτσι ώστε να μπορεί να προσκολλήσει τόσο το K + όσο και το Na + . Ο κύκλος λειτουργίας της αντλίας Na + /K + μπορεί να χωριστεί στις ακόλουθες φάσεις: 1) προσκόλληση Na + από το εσωτερικό της μεμβράνης, 2) φωσφορυλίωση της πρωτεΐνης της αντλίας, 3) απελευθέρωση Na + στο εξωκυττάριο χώρο, 4) προσκόλληση Κ+ από το εξωτερικό της μεμβράνης, 5) αποφωσφορυλίωση της πρωτεΐνης της αντλίας, 6) απελευθέρωση Κ+ στον ενδοκυτταρικό χώρο. Η αντλία νατρίου-καλίου καταναλώνει σχεδόν το ένα τρίτο της ενέργειας που απαιτείται για τη ζωή του κυττάρου. Κατά τη διάρκεια ενός κύκλου λειτουργίας, η αντλία αντλεί 3Na + από το στοιχείο και αντλεί σε 2K +.

Ενδοκυττάρωση- η διαδικασία απορρόφησης από το κύτταρο μεγάλων σωματιδίων και μακρομορίων. Υπάρχουν δύο τύποι ενδοκυττάρωσης: 1) φαγοκυττάρωση- σύλληψη και απορρόφηση μεγάλων σωματιδίων (κύτταρα, κυτταρικά μέρη, μακρομόρια) και 2) πινοκυττάρωση- σύλληψη και απορρόφηση υγρού υλικού (διάλυμα, κολλοειδές διάλυμα, εναιώρημα). Το φαινόμενο της φαγοκυττάρωσης ανακαλύφθηκε από τον Ι.Ι. Mechnikov το 1882. Κατά τη διάρκεια της ενδοκυττάρωσης, η πλασματική μεμβράνη σχηματίζει μια διήθηση, τα άκρα της συγχωνεύονται και οι δομές που οριοθετούνται από το κυτταρόπλασμα από μία μόνο μεμβράνη συνδέονται στο κυτταρόπλασμα. Πολλά πρωτόζωα και μερικά λευκοκύτταρα είναι ικανά για φαγοκυττάρωση. Πινοκυττάρωση παρατηρείται στα επιθηλιακά κύτταρα του εντέρου, στο ενδοθήλιο των τριχοειδών αγγείων του αίματος.

Εξωκυττάρωση- η αντίστροφη διαδικασία της ενδοκυττάρωσης: η απομάκρυνση διαφόρων ουσιών από το κύτταρο. Κατά την εξωκυττάρωση, η μεμβράνη του κυστιδίου συγχωνεύεται με την εξωτερική κυτταροπλασματική μεμβράνη, τα περιεχόμενα του κυστιδίου απομακρύνονται έξω από το κύτταρο και η μεμβράνη του περιλαμβάνεται στην εξωτερική κυτταροπλασματική μεμβράνη. Με αυτόν τον τρόπο αποβάλλονται ορμόνες από τα κύτταρα των ενδοκρινών αδένων και στα πρωτόζωα παραμένει άπεπτη τροφή.

Παω σε διαλέξεις νούμερο 5«Θεωρία των κυττάρων. Τύποι κυτταρικής οργάνωσης»

Παω σε διαλέξεις αριθμός 7«Ευκαρυωτικό κύτταρο: δομή και λειτουργίες οργανιδίων»

κυτταροπλασματική μεμβράνη ή πλασμάλημμα(λατ. membrana - δέρμα, φιλμ) - η πιο λεπτή μεμβράνη ( 7– 10nm), οριοθετώντας το εσωτερικό περιεχόμενο του κυττάρου από το περιβάλλον, είναι ορατό μόνο σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

Με χημική οργάνωσηΤο plasmalemma είναι ένα σύμπλεγμα λιποπρωτεϊνών - μόρια λιπίδιαΚαι πρωτεΐνες.

Βασίζεται σε μια διπλοστοιβάδα λιπιδίων που αποτελείται από φωσφολιπίδια, επιπλέον, γλυκολιπίδια και χοληστερόλη υπάρχουν στις μεμβράνες. Όλοι τους έχουν την ιδιότητα της αμφιπατρικότητας, δηλ. έχουν υδρόφιλα («υδρόφιλα») και υδρόφοβα («υδατοφοβικά») άκρα. Οι υδρόφιλες πολικές "κεφαλές" μορίων λιπιδίων (ομάδα φωσφορικών) βλέπουν προς το εξωτερικό της μεμβράνης και οι υδρόφοβες μη πολικές "ουρές" (υπολείμματα λιπαρών οξέων) αντικρίζουν η μία την άλλη, γεγονός που δημιουργεί ένα διπολικό λιπιδικό στρώμα. Τα μόρια λιπιδίων είναι κινητά και μπορούν να μετακινηθούν στη μονοστιβάδα τους ή σπάνια - από τη μια μονοστιβάδα στην άλλη. Οι μονοστοιβάδες των λιπιδίων είναι ασύμμετρες, δηλαδή διαφέρουν ως προς τη λιπιδική σύνθεση, η οποία προσδίδει εξειδίκευση στις μεμβράνες ακόμη και μέσα στο ίδιο κύτταρο. Η διπλοστοιβάδα λιπιδίων μπορεί να είναι σε κατάσταση υγρού ή στερεού κρυστάλλου.

Οι πρωτεΐνες είναι το δεύτερο βασικό συστατικό του πλάσματος. Πολλές μεμβρανικές πρωτεΐνες μπορούν να κινούνται στο επίπεδο της μεμβράνης ή να περιστρέφονται γύρω από τον άξονά τους, αλλά δεν μπορούν να μετακινηθούν από τη μια πλευρά της λιπιδικής διπλοστοιβάδας στην άλλη.

Τα λιπίδια παρέχουν τα βασικά δομικά χαρακτηριστικά της μεμβράνης, ενώ οι πρωτεΐνες παρέχουν τις λειτουργίες της.

Οι λειτουργίες των μεμβρανικών πρωτεϊνών είναι διαφορετικές: διατήρηση της δομής των μεμβρανών, λήψη και μετατροπή σημάτων από το περιβάλλον, μεταφορά ορισμένων ουσιών, κατάλυση αντιδράσεων που συμβαίνουν στις μεμβράνες.

Υπάρχουν πολλά μοντέλα της δομής της κυτταροπλασματικής μεμβράνης.

①. ΜΟΝΤΕΛΟ ΣΑΝΤΟΥΙΤΣ(σκίουροι– λιπίδια– πρωτεΐνες)

ΣΕ 1935Άγγλοι επιστήμονες ΝτανιέλιΚαι Dawsonεξέφρασε την ιδέα μιας διάταξης στρώμα προς στρώμα στη μεμβράνη μορίων πρωτεΐνης (σκοτεινά στρώματα σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο), τα οποία βρίσκονται έξω και μόρια λιπιδίων (ελαφριά στιβάδα) - μέσα . Για πολύ καιρό υπήρχε η ιδέα μιας ενιαίας δομής τριών στρωμάτων όλων των βιολογικών μεμβρανών.

Μια λεπτομερής μελέτη της μεμβράνης χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο αποδείχθηκε ότι το ελαφρύ στρώμα αντιπροσωπεύεται στην πραγματικότητα από δύο στρώματα φωσφολιπιδίων - αυτό λιπιδικό στρώμα, και τα υδατοδιαλυτά μέρη του είναι υδρόφιλες κεφαλέςκατευθύνεται στο πρωτεϊνικό στρώμα, και αδιάλυτο (υπολείμματα λιπαρών οξέων) - υδρόφοβες ουρέςαντικριστά.

②. ΥΓΡΟ ΜΩΣΑΪΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ

ΣΕ 1972.Τραγουδιστής Και Νίκολσον περιέγραψε ένα μοντέλο της μεμβράνης που έχει κερδίσει ευρεία αποδοχή. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, τα μόρια πρωτεΐνης δεν σχηματίζουν συνεχές στρώμα, αλλά βυθίζονται στο διπολικό λιπιδικό στρώμα σε διαφορετικά βάθη με τη μορφή μωσαϊκού. Σφαίρες μορίων πρωτεΐνης, όπως τα παγόβουνα, βυθίζονται στον «ωκεανό»

λιπίδια: μερικά βρίσκονται στην επιφάνεια του διλιπιδικού στρώματος - περιφερικές πρωτεΐνες, άλλοι είναι μισοί βυθισμένοι σε αυτό - ημι-ολοκληρωμένες πρωτεΐνες, τρίτο - αναπόσπαστες πρωτεΐνες- διεισδύστε μέσα και μέσα, σχηματίζοντας υδρόφιλους πόρους. Οι περιφερειακές πρωτεΐνες, που βρίσκονται στην επιφάνεια της λιπιδικής στιβάδας, συνδέονται με τις κεφαλές των μορίων λιπιδίων μέσω ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων. Αλλά ποτέ δεν σχηματίζουν ένα συνεχές στρώμα και, στην πραγματικότητα, δεν είναι οι πρωτεΐνες της ίδιας της μεμβράνης, αλλά μάλλον τη συνδέουν με το υπερμεμβρανικό ή υπομεμβρανικό σύστημα της συσκευής της κυτταρικής επιφάνειας.

Ο κύριος ρόλος στην οργάνωση της ίδιας της μεμβράνης παίζουν οι ενσωματωμένες και ημιολοκληρωμένες (διαμεμβρανικές) πρωτεΐνες, οι οποίες έχουν σφαιρική δομή και συνδέονται με τη λιπιδική φάση με υδρόφιλες-υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις. Τα μόρια πρωτεΐνης, όπως και τα λιπίδια, είναι αμφιπατρικά και οι υδρόφοβες περιοχές τους αλληλεπιδρούν με τις υδρόφοβες ουρές του διλιπιδικού στρώματος, ενώ οι υδρόφιλες περιοχές αντιμετωπίζουν το υδάτινο περιβάλλον και σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με το νερό.

③. ΜΟΝΤΕΛΟ ΠΡΩΤΕΪΝΗΣ-ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΥ(μοντέλο χαλιού λιποπρωτεΐνης)

Οι μεμβράνες σχηματίζονται με συνένωση μορίων λιπιδίων και πρωτεϊνών, τα οποία συνδυάζονται μεταξύ τους με βάση τα υδρόφιλα

υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις.

Τα μόρια πρωτεΐνης, όπως οι καρφίτσες, διεισδύουν στο λιπιδικό στρώμα και εκτελούν τη λειτουργία ενός πλαισίου στη μεμβράνη. Μετά την επεξεργασία της μεμβράνης με λιποδιαλυτές ουσίες, διατηρείται το πρωτεϊνικό πλαίσιο, το οποίο αποδεικνύει τη σχέση μεταξύ των πρωτεϊνικών μορίων στη μεμβράνη. Προφανώς, αυτό το μοντέλο εφαρμόζεται μόνο σε ορισμένες ειδικές περιοχές ορισμένων μεμβρανών, όπου απαιτείται μια άκαμπτη δομή και στενές σταθερές σχέσεις μεταξύ λιπιδίων και πρωτεϊνών (για παράδειγμα, στην περιοχή όπου το ένζυμο Να-Κ-ΑΤΡ-άσες).

Το πιο καθολικό μοντέλο που πληροί τις θερμοδυναμικές αρχές (αρχές υδρόφιλων-υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων), μορφο-βιοχημικό και πειραματικό
Τα ανταλοκυτταρολογικά δεδομένα είναι ένα μοντέλο υγρού-μωσαϊκού. Ωστόσο, και τα τρία μοντέλα μεμβρανών δεν αλληλοαποκλείονται και μπορούν να εμφανιστούν σε διαφορετικές περιοχές της ίδιας μεμβράνης, ανάλογα με τα λειτουργικά χαρακτηριστικά αυτής της περιοχής.

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ

1. Δυνατότητα αυτοσυναρμολόγησης.Μετά από καταστροφικές επιρροές, η μεμβράνη είναι σε θέση να αποκαταστήσει τη δομή της, επειδή. Τα μόρια λιπιδίων, με βάση τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες, συναρμολογούνται σε ένα διπολικό στρώμα, στο οποίο στη συνέχεια ενσωματώνονται τα μόρια πρωτεΐνης.

2. Ρευστότητα.Η μεμβράνη δεν είναι άκαμπτη δομή, οι περισσότερες από τις πρωτεΐνες και τα λιπίδια της μπορούν να κινηθούν στο επίπεδο της μεμβράνης, αλλάζουν συνεχώς λόγω περιστροφικών και ταλαντευτικών κινήσεων. Αυτό καθορίζει τον υψηλό ρυθμό χημικών αντιδράσεων στη μεμβράνη.

3. Ημιπερατότητα. Οι μεμβράνες των ζωντανών κυττάρων περνούν, εκτός από το νερό, μόνο ορισμένα μόρια και ιόντα διαλυμένων ουσιών. Αυτό εξασφαλίζει τη διατήρηση της ιοντικής και μοριακής σύνθεσης του κυττάρου.

4. Η μεμβράνη δεν έχει χαλαρά άκρα. Κλείνει πάντα σε φυσαλίδες.

5. ασυμμετρία. Η σύνθεση της εξωτερικής και της εσωτερικής στιβάδας τόσο των πρωτεϊνών όσο και των λιπιδίων είναι διαφορετική.

6. Πόλωση. Η εξωτερική πλευρά της μεμβράνης φέρει θετικό φορτίο, ενώ η εσωτερική πλευρά φέρει αρνητικό φορτίο.

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ

1) εμπόδιο -Το πλάσμα διαχωρίζει το κυτταρόπλασμα και τον πυρήνα από το εξωτερικό περιβάλλον. Επιπλέον, η μεμβράνη διαιρεί το εσωτερικό περιεχόμενο του κυττάρου σε τμήματα (διαμερίσματα), στα οποία συχνά συμβαίνουν αντίθετες βιοχημικές αντιδράσεις.

2) Αισθητήριο νεύρο(σήμα) - λόγω της σημαντικής ιδιότητας των μορίων πρωτεΐνης - της μετουσίωσης, η μεμβράνη είναι σε θέση να συλλάβει διάφορες αλλαγές στο περιβάλλον. Έτσι, όταν μια κυτταρική μεμβράνη εκτίθεται σε διάφορους περιβαλλοντικούς παράγοντες (φυσικούς, χημικούς, βιολογικούς), οι πρωτεΐνες που αποτελούν τη σύνθεσή της αλλάζουν τη χωρική τους διαμόρφωση, η οποία χρησιμεύει ως ένα είδος σήματος για το κύτταρο.

Αυτό παρέχει επικοινωνία με το εξωτερικό περιβάλλον, αναγνώριση κυττάρων και τον προσανατολισμό τους κατά τον σχηματισμό ιστών κ.λπ. Αυτή η λειτουργία σχετίζεται με τη δραστηριότητα διαφόρων ρυθμιστικών συστημάτων και το σχηματισμό μιας ανοσολογικής απόκρισης.

3) ανταλλαγή- η μεμβράνη περιέχει όχι μόνο δομικές πρωτεΐνες που τη σχηματίζουν, αλλά και ενζυμικές πρωτεΐνες που είναι βιολογικοί καταλύτες. Βρίσκονται στη μεμβράνη με τη μορφή «καταλυτικού μεταφορέα» και καθορίζουν την ένταση και την κατεύθυνση των μεταβολικών αντιδράσεων.

4) Μεταφορά– μπορούν να διεισδύσουν μόρια ουσιών των οποίων η διάμετρος δεν υπερβαίνει τα 50 nm παθητικό και ενεργητικόμεταφορά μέσω των πόρων στη δομή της μεμβράνης. Μεγάλες ουσίες εισέρχονται στο κύτταρο με ενδοκυττάρωση(μεταφορά σε συσκευασία μεμβράνης), που απαιτεί κατανάλωση ενέργειας. Οι ποικιλίες του είναι φάγος και πινοκυττάρωση.

Παθητικός μεταφορά - ένας τρόπος μεταφοράς στον οποίο η μεταφορά ουσιών πραγματοποιείται κατά μήκος μιας βαθμίδας χημικής ή ηλεκτροχημικής συγκέντρωσης χωρίς τη δαπάνη ενέργειας ATP. Υπάρχουν δύο τύποι παθητικής μεταφοράς: απλή και διευκολυνόμενη διάχυση. Διάχυση- αυτή είναι η μεταφορά ιόντων ή μορίων από μια ζώνη υψηλότερης συγκέντρωσης σε μια ζώνη χαμηλότερης συγκέντρωσης, δηλ. κατά μήκος της κλίσης.

απλή διάχυση- Τα ιόντα άλατος και το νερό διεισδύουν μέσω διαμεμβρανικών πρωτεϊνών ή λιποδιαλυτών ουσιών κατά μήκος μιας βαθμίδας συγκέντρωσης.

Διευκολυνόμενη διάχυση- ειδικές πρωτεΐνες-φορείς δεσμεύουν την ουσία και τη μεταφέρουν μέσω της μεμβράνης σύμφωνα με την αρχή του «πινγκ-πονγκ». Με αυτόν τον τρόπο, τα σάκχαρα και τα αμινοξέα περνούν από τη μεμβράνη. Ο ρυθμός μιας τέτοιας μεταφοράς είναι πολύ υψηλότερος από εκείνον της απλής διάχυσης. Εκτός από τις πρωτεΐνες-φορείς, ορισμένα αντιβιοτικά, όπως η γραμμιτιδίνη και η βανομυκίνη, εμπλέκονται στη διευκόλυνση της διάχυσης.

Επειδή παρέχουν μεταφορά ιόντων, ονομάζονται ιονοφόρα.

Ενεργός Η μεταφορά είναι ένας τρόπος μεταφοράς στον οποίο καταναλώνεται η ενέργεια του ATP, αντίθετα με την κλίση συγκέντρωσης. Περιλαμβάνει τα ένζυμα ATPase. Η εξωτερική κυτταρική μεμβράνη περιέχει ΑΤΡάσες, οι οποίες μεταφέρουν ιόντα σε μια βαθμίδα συγκέντρωσης, ένα φαινόμενο που ονομάζεται αντλία ιόντων. Ένα παράδειγμα είναι η αντλία νατρίου-καλίου. Κανονικά, υπάρχουν περισσότερα ιόντα καλίου στο κύτταρο και ιόντα νατρίου στο εξωτερικό περιβάλλον. Επομένως, σύμφωνα με τους νόμους της απλής διάχυσης, το κάλιο τείνει να φεύγει από το κύτταρο και το νάτριο εισέρχεται στο κύτταρο. Αντίθετα, η αντλία νατρίου-καλίου αντλεί ιόντα καλίου στο κύτταρο έναντι μιας βαθμίδας συγκέντρωσης και μεταφέρει ιόντα νατρίου στο εξωτερικό περιβάλλον. Αυτό επιτρέπει τη διατήρηση της σταθερότητας της ιοντικής σύνθεσης στο κύτταρο και της βιωσιμότητάς του. Σε ένα ζωικό κύτταρο, το ένα τρίτο του ATP χρησιμοποιείται για τη λειτουργία της αντλίας νατρίου-καλίου.

Ένας τύπος ενεργού μεταφοράς είναι η μεταφορά με μεμβράνη. ενδοκυττάρωση. Μεγάλα μόρια βιοπολυμερών δεν μπορούν να διεισδύσουν στη μεμβράνη· εισέρχονται στο κύτταρο σε συσκευασία μεμβράνης. Διάκριση μεταξύ φαγοκυττάρωσης και πινοκυττάρωσης. Φαγοκυττάρωση- η σύλληψη στερεών σωματιδίων από το κύτταρο, πινοκυττάρωση- υγρά σωματίδια. Αυτές οι διαδικασίες χωρίζονται σε στάδια:

1) αναγνώριση μιας ουσίας από τους υποδοχείς της μεμβράνης. 2) διήθηση (εισβολή) της μεμβράνης με το σχηματισμό κυστιδίου (κυστίδιο). 3) αποκόλληση του κυστιδίου από τη μεμβράνη, σύντηξή του με το πρωτογενές λυσόσωμα και αποκατάσταση της ακεραιότητας της μεμβράνης. 4) απελευθέρωση άπεπτου υλικού από το κύτταρο (εξωκυττάρωση).

Η ενδοκυττάρωση είναι ένας τρόπος διατροφής για τα πρωτόζωα. Τα θηλαστικά και οι άνθρωποι έχουν ένα δικτυοϊστικο-ενδοθηλιακό σύστημα κυττάρων ικανών για ενδοκυττάρωση - αυτά είναι λευκοκύτταρα, μακροφάγα, κύτταρα Kupffer στο ήπαρ.

ΟΣΜΩΤΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ

Ωσμωση- μονόδρομη διαδικασία διείσδυσης νερού μέσω ημιπερατής μεμβράνης από περιοχή με χαμηλότερη συγκέντρωση διαλύματος σε περιοχή με υψηλότερη συγκέντρωση. Η όσμωση καθορίζει την οσμωτική πίεση.

Διάλυση– μονόδρομη διάχυση διαλυμένων ουσιών.

Ένα διάλυμα στο οποίο η οσμωτική πίεση είναι ίδια με αυτή των κυττάρων ονομάζεται ισοτονικό.Όταν ένα κύτταρο βυθίζεται σε ισοτονικό διάλυμα, ο όγκος του δεν αλλάζει. Το ισοτονικό διάλυμα ονομάζεται φυσιολογικός- Αυτό είναι ένα διάλυμα χλωριούχου νατρίου 0,9%, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως στην ιατρική για σοβαρή αφυδάτωση και απώλεια πλάσματος αίματος.

Ένα διάλυμα του οποίου η οσμωτική πίεση είναι υψηλότερη από ότι στα κύτταρα ονομάζεται υπερτονικό.

Τα κύτταρα σε ένα υπερτονικό διάλυμα χάνουν νερό και συρρικνώνονται. Τα υπερτονικά διαλύματα χρησιμοποιούνται ευρέως στην ιατρική. Ένας επίδεσμος γάζας εμποτισμένος σε υπερτονικό διάλυμα απορροφά καλά το πύον.

Ένα διάλυμα όπου η συγκέντρωση των αλάτων είναι μικρότερη από ό,τι στο κελί ονομάζεται υποτονικός. Όταν ένα κελί βυθίζεται σε ένα τέτοιο διάλυμα, το νερό τρέχει μέσα του. Το κύτταρο διογκώνεται, η ώθησή του αυξάνεται και μπορεί να καταρρεύσει. Αιμόλυση- καταστροφή αιμοσφαιρίων σε υποτονικό διάλυμα.

Η ωσμωτική πίεση στο ανθρώπινο σώμα ως σύνολο ρυθμίζεται από το σύστημα των οργάνων απέκκρισης.

Προηγούμενο123456789Επόμενο

ΔΕΙΤΕ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ:

κυτταρική μεμβράνηονομάζεται επίσης πλασματική (ή κυτταροπλασματική) μεμβράνη και πλασμαλήμμα. Αυτή η δομή όχι μόνο διαχωρίζει τα εσωτερικά περιεχόμενα του κυττάρου από το εξωτερικό περιβάλλον, αλλά εισέρχεται επίσης στη σύνθεση των περισσότερων κυτταρικών οργανιδίων και του πυρήνα, διαχωρίζοντάς τα με τη σειρά του από το υαλόπλασμα (κυτταρόπλασμα) - το παχύρρευστο-υγρό μέρος του κυτταροπλάσματος. Ας συμφωνήσουμε να καλέσουμε κυτταροπλασματική μεμβράνηένα που διαχωρίζει τα περιεχόμενα του κελιού από το εξωτερικό περιβάλλον. Οι υπόλοιποι όροι αναφέρονται σε όλες τις μεμβράνες.

Η δομή της κυτταρικής μεμβράνης

Η βάση της δομής της κυτταρικής (βιολογικής) μεμβράνης είναι ένα διπλό στρώμα λιπιδίων (λίπη). Ο σχηματισμός ενός τέτοιου στρώματος συνδέεται με τα χαρακτηριστικά των μορίων τους. Τα λιπίδια δεν διαλύονται στο νερό, αλλά συμπυκνώνονται σε αυτό με τον δικό τους τρόπο. Το ένα μέρος ενός μεμονωμένου μορίου λιπιδίου είναι μια πολική κεφαλή (έλκεται από το νερό, δηλ. υδρόφιλο) και το άλλο είναι ένα ζευγάρι μακριών μη πολικών ουρών (αυτό το μέρος του μορίου απωθείται από το νερό, δηλ. υδρόφοβο) . Αυτή η δομή των μορίων τα κάνει να «κρύβουν» την ουρά τους από το νερό και να στρέφουν τα πολικά τους κεφάλια προς το νερό.

Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται μια λιπιδική διπλοστοιβάδα, στην οποία οι μη πολικές ουρές είναι μέσα (η μια απέναντι από την άλλη) και οι πολικές κεφαλές στραμμένες προς τα έξω (προς το εξωτερικό περιβάλλον και το κυτταρόπλασμα). Η επιφάνεια μιας τέτοιας μεμβράνης είναι υδρόφιλη, αλλά στο εσωτερικό της είναι υδρόφοβη.

Στις κυτταρικές μεμβράνες, τα φωσφολιπίδια κυριαρχούν μεταξύ των λιπιδίων (είναι πολύπλοκα λιπίδια). Τα κεφάλια τους περιέχουν ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος. Εκτός από τα φωσφολιπίδια, υπάρχουν γλυκολιπίδια (λιπίδια + υδατάνθρακες) και χοληστερόλη (ανήκει στις στερόλες). Το τελευταίο προσδίδει στη μεμβράνη ακαμψία, καθώς βρίσκεται στο πάχος της ανάμεσα στις ουρές των υπόλοιπων λιπιδίων (η χοληστερόλη είναι εντελώς υδρόφοβη).

Λόγω της ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης, ορισμένα μόρια πρωτεΐνης συνδέονται με τις φορτισμένες κεφαλές των λιπιδίων, οι οποίες γίνονται πρωτεΐνες επιφανειακής μεμβράνης. Άλλες πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν με μη πολικές ουρές, βυθίζονται εν μέρει στη διπλή στιβάδα ή διεισδύουν μέσα και διαμέσου της.

Έτσι, η κυτταρική μεμβράνη αποτελείται από μια διπλή στιβάδα λιπιδίων, επιφανειακών (περιφερικών), βυθισμένων (ημι-ολοκληρωμένων) και διεισδυτικών (ενσωματωμένων) πρωτεϊνών. Επιπλέον, ορισμένες πρωτεΐνες και λιπίδια στο εξωτερικό της μεμβράνης συνδέονται με αλυσίδες υδατανθράκων.

Αυτό ρευστό μωσαϊκό μοντέλο της δομής της μεμβράνηςπαρουσιάστηκε τη δεκαετία του '70 του ΧΧ αιώνα. Πριν από αυτό, υποτέθηκε ένα μοντέλο σάντουιτς της δομής, σύμφωνα με το οποίο η διπλοστοιβάδα λιπιδίων βρίσκεται μέσα και στο εσωτερικό και στο εξωτερικό η μεμβράνη καλύπτεται με συνεχείς στρώσεις επιφανειακών πρωτεϊνών. Ωστόσο, η συσσώρευση πειραματικών δεδομένων διέψευσε αυτή την υπόθεση.

Το πάχος των μεμβρανών σε διαφορετικά κύτταρα είναι περίπου 8 nm. Οι μεμβράνες (ακόμη και διαφορετικές πλευρές του ενός) διαφέρουν μεταξύ τους ως προς το ποσοστό διαφορετικών τύπων λιπιδίων, πρωτεϊνών, ενζυματική δραστηριότητα κ.λπ. Μερικές μεμβράνες είναι πιο υγρές και πιο διαπερατές, άλλες είναι πιο πυκνές.

Τα σπασίματα στην κυτταρική μεμβράνη συγχωνεύονται εύκολα λόγω των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών της λιπιδικής διπλοστοιβάδας. Στο επίπεδο της μεμβράνης κινούνται λιπίδια και πρωτεΐνες (εκτός αν σταθεροποιούνται από τον κυτταροσκελετό).

Λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης

Οι περισσότερες από τις πρωτεΐνες που βυθίζονται στην κυτταρική μεμβράνη εκτελούν μια ενζυματική λειτουργία (είναι ένζυμα). Συχνά (ειδικά στις μεμβράνες των κυτταρικών οργανιδίων) τα ένζυμα είναι διατεταγμένα σε μια συγκεκριμένη αλληλουχία έτσι ώστε τα προϊόντα αντίδρασης που καταλύονται από το ένα ένζυμο να περνούν στο δεύτερο, μετά στο τρίτο κ.λπ. Σχηματίζεται ένας μεταφορέας που σταθεροποιεί τις επιφανειακές πρωτεΐνες, επειδή δεν αφήστε τα ένζυμα να κολυμπήσουν κατά μήκος της λιπιδικής διπλής στιβάδας.

Η κυτταρική μεμβράνη εκτελεί μια λειτουργία οριοθέτησης (φραγμού) από το περιβάλλον και ταυτόχρονα μια λειτουργία μεταφοράς. Μπορεί να ειπωθεί ότι αυτός είναι ο πιο σημαντικός σκοπός του. Η κυτταροπλασματική μεμβράνη, έχοντας αντοχή και επιλεκτική διαπερατότητα, διατηρεί τη σταθερότητα της εσωτερικής σύνθεσης του κυττάρου (την ομοιόσταση και την ακεραιότητά του).

Σε αυτή την περίπτωση, η μεταφορά ουσιών γίνεται με διάφορους τρόπους. Η μεταφορά κατά μήκος μιας βαθμίδας συγκέντρωσης περιλαμβάνει τη μετακίνηση ουσιών από μια περιοχή με υψηλότερη συγκέντρωση σε μια περιοχή με χαμηλότερη (διάχυση). Έτσι, για παράδειγμα, τα αέρια διαχέονται (CO 2, O 2).

Υπάρχει επίσης μεταφορά ενάντια στην κλίση συγκέντρωσης, αλλά με τη δαπάνη ενέργειας.

Η μεταφορά είναι παθητική και ελαφριά (όταν βοηθείται από κάποιο είδος μεταφοράς).
Προς την). Η παθητική διάχυση στην κυτταρική μεμβράνη είναι δυνατή για τις λιποδιαλυτές ουσίες.

Υπάρχουν ειδικές πρωτεΐνες που κάνουν τις μεμβράνες διαπερατές από σάκχαρα και άλλες υδατοδιαλυτές ουσίες. Αυτοί οι φορείς συνδέονται με μεταφερόμενα μόρια και τα σέρνουν κατά μήκος της μεμβράνης.

3. Λειτουργίες και δομή της κυτταροπλασματικής μεμβράνης

Έτσι η γλυκόζη μεταφέρεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια.

Οι εκτεινόμενες πρωτεΐνες, όταν συνδυάζονται, μπορούν να σχηματίσουν έναν πόρο για την κίνηση ορισμένων ουσιών μέσω της μεμβράνης. Τέτοιοι φορείς δεν κινούνται, αλλά σχηματίζουν ένα κανάλι στη μεμβράνη και λειτουργούν παρόμοια με τα ένζυμα, δεσμεύοντας μια συγκεκριμένη ουσία. Η μεταφορά πραγματοποιείται λόγω αλλαγής στη διαμόρφωση της πρωτεΐνης, λόγω της οποίας σχηματίζονται κανάλια στη μεμβράνη. Ένα παράδειγμα είναι η αντλία νατρίου-καλίου.

Η λειτουργία μεταφοράς της ευκαρυωτικής κυτταρικής μεμβράνης πραγματοποιείται επίσης μέσω της ενδοκυττάρωσης (και της εξωκυττάρωσης).Χάρη σε αυτούς τους μηχανισμούς, μεγάλα μόρια βιοπολυμερών, ακόμη και ολόκληρα κύτταρα, εισέρχονται στο κύτταρο (και έξω από αυτό). Η ενδο- και η εξωκυττάρωση δεν είναι χαρακτηριστικές για όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα (οι προκαρυώτες δεν την έχουν καθόλου). Έτσι, η ενδοκύττωση παρατηρείται σε πρωτόζωα και κατώτερα ασπόνδυλα. στα θηλαστικά, τα λευκοκύτταρα και τα μακροφάγα απορροφούν επιβλαβείς ουσίες και βακτήρια, δηλ. η ενδοκυττάρωση εκτελεί προστατευτική λειτουργία για το σώμα.

Η ενδοκυττάρωση χωρίζεται σε φαγοκυττάρωση(το κυτταρόπλασμα περιβάλλει μεγάλα σωματίδια) και πινοκυττάρωση(σύλληψη σταγονιδίων υγρού με ουσίες διαλυμένες σε αυτό). Ο μηχανισμός αυτών των διεργασιών είναι περίπου ο ίδιος. Οι απορροφούμενες ουσίες στην κυτταρική επιφάνεια περιβάλλονται από μια μεμβράνη. Σχηματίζεται ένα κυστίδιο (φαγοκυτταρικό ή πινοκυτταρικό), το οποίο στη συνέχεια μετακινείται στο κύτταρο.

Η εξωκυττάρωση είναι η απομάκρυνση ουσιών από το κύτταρο μέσω της κυτταροπλασματικής μεμβράνης (ορμόνες, πολυσακχαρίτες, πρωτεΐνες, λίπη κ.λπ.). Αυτές οι ουσίες περικλείονται σε κυστίδια μεμβράνης που ταιριάζουν στην κυτταρική μεμβράνη. Και οι δύο μεμβράνες συγχωνεύονται και τα περιεχόμενα βρίσκονται έξω από το κύτταρο.

Η κυτταροπλασματική μεμβράνη εκτελεί μια λειτουργία υποδοχέα.Για να γίνει αυτό, στην εξωτερική του πλευρά υπάρχουν δομές που μπορούν να αναγνωρίσουν ένα χημικό ή φυσικό ερέθισμα. Μερικές από τις πρωτεΐνες που διεισδύουν στο πλάσμα συνδέονται εξωτερικά με αλυσίδες πολυσακχαριτών (σχηματίζοντας γλυκοπρωτεΐνες). Αυτοί είναι περίεργοι μοριακοί υποδοχείς που δεσμεύουν τις ορμόνες. Όταν μια συγκεκριμένη ορμόνη δεσμεύεται στον υποδοχέα της, αλλάζει τη δομή της. Αυτό, με τη σειρά του, ενεργοποιεί τον μηχανισμό κυτταρικής απόκρισης. Ταυτόχρονα, τα κανάλια μπορούν να ανοίξουν και ορισμένες ουσίες μπορούν να αρχίσουν να εισέρχονται στο κύτταρο ή να αφαιρούνται από αυτό.

Η λειτουργία των υποδοχέων των κυτταρικών μεμβρανών έχει μελετηθεί καλά με βάση τη δράση της ορμόνης ινσουλίνης. Όταν η ινσουλίνη συνδέεται με τον γλυκοπρωτεϊνικό της υποδοχέα, ενεργοποιείται το καταλυτικό ενδοκυτταρικό τμήμα αυτής της πρωτεΐνης (το ένζυμο αδενυλική κυκλάση). Το ένζυμο συνθέτει κυκλικό AMP από ATP. Ήδη ενεργοποιεί ή αναστέλλει διάφορα ένζυμα του κυτταρικού μεταβολισμού.

Η λειτουργία υποδοχέα της κυτταροπλασματικής μεμβράνης περιλαμβάνει επίσης την αναγνώριση γειτονικών κυττάρων του ίδιου τύπου. Τέτοια κύτταρα συνδέονται μεταξύ τους με διάφορες διακυτταρικές επαφές.

Στους ιστούς, με τη βοήθεια των μεσοκυττάριων επαφών, τα κύτταρα μπορούν να ανταλλάσσουν πληροφορίες μεταξύ τους χρησιμοποιώντας ειδικά συντιθέμενες ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους. Ένα παράδειγμα τέτοιας αλληλεπίδρασης είναι η αναστολή επαφής, όταν τα κύτταρα σταματούν να αναπτύσσονται αφού λάβουν πληροφορίες ότι ο ελεύθερος χώρος είναι κατειλημμένος.

Οι διακυτταρικές επαφές είναι απλές (μεμβράνες διαφορετικών κυττάρων είναι γειτονικές μεταξύ τους), κλείδωμα (εισβολή της μεμβράνης ενός κυττάρου σε άλλο), δεσμοσώματα (όταν οι μεμβράνες συνδέονται με δέσμες εγκάρσιων ινών που διεισδύουν στο κυτταρόπλασμα). Επιπλέον, υπάρχει μια παραλλαγή μεσοκυττάριων επαφών λόγω μεσολαβητών (ενδιάμεσων) - συνάψεων. Σε αυτά, το σήμα μεταδίδεται όχι μόνο χημικά, αλλά και ηλεκτρικά. Οι συνάψεις μεταδίδουν σήματα μεταξύ νευρικών κυττάρων, καθώς και από νεύρο σε μυ.

κυτταρική θεωρία

Το 1665, ο R. Hooke, εξετάζοντας ένα κομμάτι φελλού δέντρου κάτω από ένα μικροσκόπιο, βρήκε άδεια κελιά, τα οποία ονόμασε "κελιά". Έβλεπε μόνο τα κελύφη των φυτικών κυττάρων και για μεγάλο χρονικό διάστημα το κέλυφος θεωρούνταν το κύριο δομικό συστατικό του κυττάρου. Το 1825 ο J. Purkinė περιέγραψε το πρωτόπλασμα των κυττάρων και το 1831 ο R. Brown περιέγραψε τον πυρήνα. Το 1837, ο M. Schleiden κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι φυτικοί οργανισμοί αποτελούνται από κύτταρα και κάθε κύτταρο περιέχει έναν πυρήνα.

1.1. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα που είχαν συσσωρευτεί μέχρι εκείνη τη στιγμή, ο Τ.

Η κυτταροπλασματική μεμβράνη, οι λειτουργίες και η δομή της

Ο Schwann το 1839 διατύπωσε τις κύριες διατάξεις της κυτταρικής θεωρίας:

1) το κύτταρο είναι η βασική δομική μονάδα των φυτών και των ζώων.

2) η διαδικασία σχηματισμού κυττάρων καθορίζει την ανάπτυξη, την ανάπτυξη και τη διαφοροποίηση των οργανισμών.

Το 1858, ο R. Virchow, ο ιδρυτής της παθολογικής ανατομίας, συμπλήρωσε τη θεωρία των κυττάρων με τη σημαντική θέση ότι ένα κύτταρο μπορεί να προέλθει μόνο από ένα κύτταρο (Omnis cellula e cellula) ως αποτέλεσμα της διαίρεσης του. Βρήκε ότι η βάση όλων των ασθενειών είναι οι αλλαγές στη δομή και τη λειτουργία των κυττάρων.

1.2. Η σύγχρονη κυτταρική θεωρία περιλαμβάνει τις ακόλουθες διατάξεις:

1) κύτταρο - η κύρια δομική, λειτουργική και γενετική μονάδα των ζωντανών οργανισμών, η μικρότερη μονάδα ζωντανών πραγμάτων.

2) τα κύτταρα όλων των μονοκύτταρων και πολυκύτταρων οργανισμών είναι παρόμοια στη δομή, τη χημική σύνθεση και τις πιο σημαντικές εκδηλώσεις των διαδικασιών ζωής.

3) κάθε νέο κύτταρο σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της διαίρεσης του αρχικού (μητρικού) κυττάρου.

4) Τα κύτταρα των πολυκύτταρων οργανισμών είναι εξειδικευμένα: εκτελούν διαφορετικές λειτουργίες και σχηματίζουν ιστούς.

5) το κύτταρο είναι ένα ανοιχτό σύστημα μέσα από το οποίο διέρχονται και μετασχηματίζονται ροές ύλης, ενέργειας και πληροφοριών

Η δομή και οι λειτουργίες της κυτταροπλασματικής μεμβράνης

Το κύτταρο είναι ένα ανοιχτό αυτορυθμιζόμενο σύστημα μέσω του οποίου υπάρχει συνεχής ροή ύλης, ενέργειας και πληροφοριών. Αυτές οι ροές λαμβάνονται ειδική συσκευήκύτταρα που περιλαμβάνουν:

1) υπερμεμβρανώδες συστατικό - γλυκοκάλυκα.

2) στοιχειώδης βιολογική μεμβράνη ή το σύμπλεγμα τους.

3) υπομεμβρανικό σύμπλεγμα υποστήριξης-συστολής του υαλοπλάσματος.

4) αναβολικά και καταβολικά συστήματα.

Το κύριο συστατικό αυτής της συσκευής είναι η στοιχειώδης μεμβράνη.

Το κύτταρο περιέχει διάφορους τύπους μεμβρανών, αλλά η αρχή της δομής τους είναι η ίδια.

Το 1972, οι S. Singer και G. Nicholson πρότειναν ένα μοντέλο υγρού-μωσαϊκού της στοιχειώδους δομής μεμβράνης. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, βασίζεται επίσης στο διλιπιδικό στρώμα, αλλά οι πρωτεΐνες βρίσκονται διαφορετικά σε σχέση με αυτό το στρώμα. Μερικά μόρια πρωτεΐνης βρίσκονται στην επιφάνεια των λιπιδικών στοιβάδων (περιφερικές πρωτεΐνες), μερικά διεισδύουν σε ένα στρώμα λιπιδίων (ημι-ολοκληρωμένες πρωτεΐνες) και μερικά διεισδύουν και στα δύο λιπιδικά στρώματα (ολοκληρωμένες πρωτεΐνες). Το λιπιδικό στρώμα βρίσκεται στην υγρή φάση ("λιπιδική θάλασσα"). Στην εξωτερική επιφάνεια των μεμβρανών υπάρχει μια συσκευή υποδοχέα - ο γλυκοκάλυκας, που σχηματίζεται από διακλαδισμένα μόρια γλυκοπρωτεϊνών, που "αναγνωρίζει" ορισμένες ουσίες και δομές.

2.3. Ιδιότητες μεμβράνης: 1) πλαστικότητα, 2) ημιπερατότητα, 3) ικανότητα αυτοκλεισίματος.

2.4. Λειτουργίες των μεμβρανών: 1) δομική - η μεμβράνη ως δομικό συστατικό είναι μέρος των περισσότερων οργανιδίων (αρχή της μεμβράνης της δομής των οργανιδίων). 2) φραγμός και ρυθμιστικό - διατηρεί τη σταθερότητα της χημικής σύνθεσης και ρυθμίζει όλες τις μεταβολικές διεργασίες (μεταβολικές αντιδράσεις συμβαίνουν στις μεμβράνες). 3) προστατευτικό? 4) υποδοχέας.