Ce substanțe alcătuiesc membrana citoplasmatică. Membrana citoplasmatica

Baza Membrana plasmatică, ca și alte membrane din celule (de exemplu, mitocondrii, plastide etc.), este compusă dintr-un strat de lipide care are două rânduri de molecule (Fig. 1). Deoarece moleculele de lipide sunt polare (un pol este hidrofil, adică atras de apă, iar celălalt este hidrofob, adică respins de apă), ele sunt aranjate într-o anumită ordine. Capetele hidrofile ale moleculelor unui strat sunt îndreptate spre mediul apos - în citoplasma celulei, iar celălalt strat - spre exterior din celulă - către substanța intercelulară (la organismele pluricelulare) sau mediul apos (la organismele unicelulare). ).

Orez. 1. Structura membranei celulare în funcție de lichid-model mozaic. Proteinele și glicoproteinele sunt scufundate în dublustratul de molecule lipidice cu fața lor hidrofilăcapete (cercuri) spre exterior și hidrofobe (linii ondulate) -adânc în membrană

Ele secretă proteine ​​periferice (sunt localizate numai de-a lungul suprafeței interioare sau exterioare a membranei), integral ny (sunt ferm încorporate în membrană, scufundate în ea, capabile să-și schimbe poziția în funcție de stare celule). Funcțiile proteinelor membranare: receptor, structural(menține forma celulei), enzimatic, adeziv, antigenic, de transport.

Moleculele de proteine ​​sunt încorporate mozaic într-un strat bimolecular de lipide. La exteriorul celulei animale, moleculele de polizaharide sunt atașate de lipidele și moleculele proteice ale plasmalemei, formând glicolipide și glicoproteine.

Acest agregat formează stratul de glicocalix. Funcția de receptor a membranei plasmatice este asociată cu aceasta (vezi mai jos); poate acumula si diverse substante folosite de celula. În plus, glicocalixul sporește stabilitatea mecanică a plasmalemei.

În celulele plantelor și ciupercilor există și un perete celular care joacă un rol de susținere și de protecție. La plante este alcătuită din celuloză, iar la ciuperci este făcută din chitină.

Structura membranei elementare este lichid-mozaic: grăsimile formează un cadru lichid-cristalin, iar proteinele sunt încorporate în mozaic și își pot schimba poziția.

Cea mai importantă funcție a membranei: favorizează compartimentarea – subîmpărțirea conținutului unei celule în celule separate care diferă în detaliile compoziției lor chimice sau enzimatice. Acest lucru realizează o ordine ridicată a conținutului intern al oricărei celule eucariote. Compartimentarea promovează separarea spațială a proceselor care au loc în celulă ke. Un compartiment separat (celula) este reprezentat de un organel membranar (de exemplu, un lizozom) sau o parte a acestuia (cristele delimitate de membrana mitocondrială internă).

Alte caracteristici:

1) barieră (limitarea conținutului intern al celulei);

2) structurale (darea unei anumite forme celulelor împreună curesponsabilitatea cu funcțiile îndeplinite);

3) protectoare (datorită permeabilității selective, recepțieiși antigenicitatea membranei);

4) de reglementare (reglarea permeabilității selective pentru diverse substanțe (transport pasiv fără consum de energie conform legilor difuziei sau osmozei și transport activ cu consum de energie prin pinocitoză, endo- și exocitoză, pompă sodiu-potasiu, fagocitoză)). Prin fagocitoză, celulele întregi sau particulele mari sunt înghițite (de exemplu, gândiți-vă la nutriția în amibe sau la fagocitoza de către celulele sanguine protectoare ale bacteriilor). În timpul pinocitozei, particulele mici sau picăturile unei substanțe lichide sunt absorbite. Comun pentru ambele procese este faptul că substanțele absorbite sunt înconjurate de o membrană exterioară invaginată pentru a forma o vacuola, care apoi se deplasează adânc în citoplasma celulei. Exocitoza este un proces (fiind și transport activ) opus în direcție fagocitozei și pinocitozei (Fig. 13). Cu ajutorul acestuia, alimentele nedigerate rămân în protozoare sau pot fi îndepărtate substanțele biologic active formate în celula secretorie.

5) funcție de adeziv (toate celulele sunt conectate între ele prin contacte specifice (strânse și libere));

6) receptor (datorită muncii proteinelor membranei periferice). Există receptori nespecifici care percep mai mulți stimuli (de exemplu, termoreceptori de frig și căldură) și alții specifici care percep un singur stimul (receptorii sistemului de percepere a luminii a ochiului);

7) electrogen (modificarea potențialului electric al suprafeței celulare datorită redistribuirii ionilor de potasiu și sodiu (potențialul de membrană al celulelor nervoase este de 90 mV));

8) antigenic: asociat cu glicoproteinele și polizaharidele membranei. Pe suprafața fiecărei celule există molecule de proteine ​​care sunt specifice doar acestui tip de celulă. Cu ajutorul lor, sistemul imunitar este capabil să facă distincția între celulele proprii și cele străine. Metabolismul dintre celulă și mediu se realizează în moduri diferite - pasiv și activ.

Membrana celulară citoplasmatică este formată din trei straturi:

Extern – proteine;

Mijloc - strat bimolecular de lipide;

Intern - proteine.

Grosimea membranei este de 7,5-10 nm. Stratul bimolecular de lipide este matricea membranei. Moleculele lipidice ale ambelor straturi interacționează cu moleculele proteice scufundate în ele. De la 60 la 75% din lipidele membranare sunt fosfolipide, 15-30% sunt colesterol. Proteinele sunt reprezentate în principal de glicoproteine. Distinge proteine ​​integrale, pătrunzând întreaga membrană, și periferic situat pe suprafața exterioară sau interioară.

Proteine ​​integrale formează canale ionice care asigură schimbul anumitor ioni între lichidul extracelular și cel intracelular. Ele sunt, de asemenea, enzime care efectuează transportul contra-gradient al ionilor prin membrană.

Proteine ​​periferice sunt chemoreceptori de pe suprafața exterioară a membranei care pot interacționa cu diverse substanțe active fiziologic.

Functiile membranei:

1. Asigură integritatea celulei ca unitate structurală de țesut.

Realizează schimbul de ioni între citoplasmă și lichidul extracelular.

Oferă transportul activ al ionilor și al altor substanțe în și în afara celulei.

Realizează percepția și procesarea informațiilor care vin în celulă sub formă de semnale chimice și electrice.

Mecanisme de excitabilitate celulară. Istoria cercetării fenomenelor bioelectrice.

Majoritatea informațiilor transmise în organism iau forma unor semnale electrice (de exemplu, impulsuri nervoase). Prezența energiei electrice animale a fost stabilită pentru prima dată de către omul de științe naturale (fiziolog) L. Galvani în 1786. Pentru a studia electricitatea atmosferică, el a suspendat pe un cârlig de cupru preparate neuromusculare din pulpe de broască. Când aceste labe au atins balustradele de fier ale balconului, a avut loc contracția musculară. Acest lucru a indicat acțiunea unui fel de electricitate asupra nervului medicamentului neuromuscular. Galvani credea că acest lucru se datorează prezenței electricității în țesuturile vii. Totuși, A. Volta a stabilit că sursa de electricitate este locul de contact a două metale diferite - cuprul și fierul. În fiziologie Primul experiment clasic al lui Galvani se consideră că atinge nervul preparatului neuromuscular cu pensete bimetalice din cupru și fier. Pentru a demonstra că avea dreptate, Galvani a produs a doua experiență. El a aruncat capătul nervului care inervează preparatul neuromuscular pe tăietura muşchiului acestuia. Ca urmare, acesta a fost redus. Cu toate acestea, această experiență nu i-a convins pe contemporanii lui Galvani. Prin urmare, un alt italian, Matteuci, a efectuat următorul experiment. El a suprapus nervul unui preparat neuromuscular de broaște pe mușchiul celui de-al doilea, care s-a contractat sub influența unui curent iritant. Drept urmare, primul medicament a început să se micșoreze. Aceasta a indicat transferul de electricitate (potențial de acțiune) de la un mușchi la altul. Prezența unei diferențe de potențial între zonele deteriorate și cele nedeteriorate ale mușchiului a fost stabilită cu precizie pentru prima dată în secolul al XIX-lea folosind un galvanometru de corzi (ampermetru) de către Matteuci. În plus, tăietura avea o sarcină negativă, iar suprafața mușchiului avea o sarcină pozitivă.

Membrana citoplasmatică care separă citoplasma de peretele celular se numește plasmalemă (membrană plasmatică), iar separarea acesteia de vacuole se numește tonoplast (membrană elementară).

În prezent, se utilizează modelul mozaic lichid al membranei (Fig. 1.9), conform căruia membrana este formată dintr-un strat dublu de molecule lipidice (fosfolipide) cu capete hidrofile și 2 cozi hidrofobe orientate spre interiorul stratului. Pe lângă lipide, membranele conțin și proteine.

Există 3 tipuri de proteine ​​membranare „plutitoare” în stratul bilipid: proteine ​​integrale care pătrund în toată grosimea stratului dublu; semi-integral, pătrunzând incomplet stratul dublu; periferice, atașate din partea exterioară sau interioară a membranei de alte proteine ​​​​membranare. Proteinele membranei îndeplinesc diverse funcții: unele dintre ele sunt enzime, altele acționează ca purtători de molecule specifice peste membrană sau formează pori hidrofili prin care pot trece molecule polare.

Una dintre principalele proprietăți ale membranelor celulare este semi-permeabilitatea lor: permit trecerea apei, dar nu permit trecerea substanțelor dizolvate în ea, adică au permeabilitate selectivă.

Orez. 1.9. Schema structurii unei membrane biologice:

A - spațiu extracelular; B - citoplasmă; 1 - stratul bimolecular de lipide; 2 - proteina periferica; 3 - regiunea hidrofilă a proteinei integrale; 4 - regiunea hidrofobă a proteinei integrale; 5 - lanțul de carbohidrați

Transport prin membrane

În funcție de consumul de energie, transportul substanțelor și ionilor prin membrană se împarte în pasiv, care nu necesită energie, și activ, asociat cu consumul de energie. Transportul pasiv include procese precum difuzia, difuzia facilitată și osmoza.

Difuzie este procesul de penetrare a moleculelor printr-un strat dublu lipidic de-a lungul unui gradient de concentrație (de la o zonă de concentrație mai mare la o zonă de mai mică). Cu cât molecula este mai mică și mai nepolară, cu atât difuzează mai repede prin membrană.

Cu difuzie facilitată, unele proteine ​​de transport ajută la trecerea unei substanțe prin membrană. Astfel, în celulă intră diverse molecule polare, precum zaharuri, aminoacizi, nucleotide etc.

Osmoză este difuzia apei prin membranele semipermeabile. Osmoza determină mișcarea apei dintr-o soluție cu potențial de apă ridicat la o soluție cu potențial de apă scăzut.

Transport activ- este transferul de molecule și ioni printr-o membrană, însoțit de costuri energetice. Transportul activ merge împotriva gradientului de concentrație și a gradientului electrochimic și folosește energia ATP. Mecanismul de transport activ al substanțelor se bazează pe activitatea pompei de protoni (H+ și K+) la plante și ciuperci, care mențin o concentrație mare de K+ și o concentrație scăzută de H+ în interiorul celulei (Na+ și K+ la animale). Energia necesară pentru a funcționa această pompă este furnizată sub formă de ATP, sintetizat în timpul respirației celulare.

Un alt tip de transport activ este cunoscut - endo- și exocitoza. Acestea sunt două procese active prin care diferite molecule sunt transportate prin membrană în celulă ( endocitoza) sau din ea ( exocitoza).

În timpul endocitozei, substanțele intră în celulă ca urmare a invaginării (invaginării) membranei plasmatice. Veziculele rezultate, sau vacuolele, sunt transportate în citoplasmă împreună cu substanțele conținute în ele. Absorbția particulelor mari, cum ar fi microorganismele sau resturile celulare, se numește fagocitoză. În acest caz, se formează bule mari numite vacuole. Absorbția lichidelor (suspensii, soluții coloidale) sau a substanțelor dizolvate cu ajutorul bulelor mici se numește pinocitoza.

Procesul invers al endocitozei se numește exocitoză. Multe substanțe sunt îndepărtate din celulă în vezicule sau vacuole speciale. Un exemplu este retragerea secrețiilor lor lichide din celulele secretoare; un alt exemplu este participarea veziculelor de dictiozom la formarea peretelui celular.

DERIVATI PROTOPLAST

Vacuole

Vacuole- Acesta este un rezervor delimitat de o singură membrană - tonoplastul. Vacuola conține seva celulară - o soluție concentrată de diferite substanțe, precum săruri minerale, zaharuri, pigmenți, acizi organici, enzime. În celulele mature, vacuolele se contopesc într-una, centrală.

Vacuolele stochează diverse substanțe, inclusiv produsele finale metabolice. Proprietățile osmotice ale celulei depind puternic de conținutul vacuolei.

Datorită faptului că vacuolele conțin soluții puternice de săruri și alte substanțe, celulele vegetale absorb în mod constant apa osmotic și creează presiune hidrostatică pe peretele celular, numită presiune de turgescență. Presiunea turgenței este opusă unei presiuni egale din peretele celular, direcționată în celulă. Majoritatea celulelor vegetale există într-un mediu hipotonic. Dar dacă o astfel de celulă este plasată într-o soluție hipertonică, apa va începe să părăsească celula conform legilor osmozei (pentru a egaliza potențialul de apă de pe ambele părți ale membranei). Vacuola se va micșora în volum, presiunea sa asupra protoplastului va scădea, iar membrana va începe să se îndepărteze de peretele celular. Fenomenul de detașare a protoplastelor de peretele celular se numește plasmoliză. În condiții naturale, o astfel de pierdere a turgenței în celule va duce la ofilirea plantei, la căderea frunzelor și a tulpinilor. Totuși, acest proces este reversibil: dacă o celulă este plasată în apă (de exemplu, la udarea unei plante), are loc un fenomen care este opusul plasmolizei - deplasmoliza (vezi Fig. 1.10).

Orez. 1.10. Schema de plasmoliza:

A - celulă în stare de turgescență (în soluție izotonă); B - începutul plasmolizei (celulă plasată într-o soluție 6% KNO3); B - plasmoliza completă (celulă plasată într-o soluție 10% KNO3); 1 - cloroplast; 2 - miez; 3 - peretele celular; 4 - protoplast; 5 - vacuola centrala

Incluziuni

Incluziunile celulare sunt substanțe de depozitare și excreție.

Substantele de rezerva (excluse temporar din metabolism) si odata cu ele deseurile (substantele excretoare) sunt adesea numite substante ergastice ale celulei. Substanțele de depozitare includ proteine ​​de depozitare, grăsimi și carbohidrați. Aceste substanțe se acumulează în timpul sezonului de vegetație în semințe, fructe, organe subterane ale plantelor și în miezul tulpinii.

Substanțe de rezervă

Proteinele de depozitare, legate de proteinele simple – proteine, sunt deseori depuse în semințe. Proteinele precipitate în vacuole formează boabe rotunde sau eliptice numite aleuronă. Dacă boabele de aleuronă nu au o structură internă vizibilă și sunt compuse din proteine ​​amorfe, se numesc simple. Dacă în boabele de aleuronă se găsesc o structură asemănătoare cristalului (cristaloid) și corpuri strălucitoare, incolore, de formă rotundă (globoide) se găsesc printre proteinele amorfe, astfel de boabe de aleuronă sunt numite complexe (vezi Fig. 1.11). Proteina amorfa a boabelor de aleurona este o proteina omogena, opaca, galbuie, care se umfla in apa. Cristaloizii au forma romboedrică caracteristică a cristalelor, dar spre deosebire de cristalele adevărate, proteina lor constitutivă se umflă în apă. Globoizii constau dintr-o sare de calciu-magneziu, contin fosfor, sunt insolubili in apa si nu reactioneaza cu proteinele.

Orez. 1.11. Boabele complexe de aleuronă:

1 - pori în coajă; 2 - globoide; 3 - masa proteica amorfa; 4 - cristaloizi scufundați într-o masă proteică de amforă

Lipide de depozitare situate de obicei în hialoplasmă sub formă de picături și se găsesc în aproape toate celulele vegetale. Acesta este principalul tip de nutrienți de rezervă în majoritatea plantelor: semințele și fructele sunt cele mai bogate în ele. Grasimile (lipidele) sunt substanta cu cea mai mare rezerva calorica. Reactivul pentru substanțele asemănătoare grăsimilor este Sudan III, care le colorează portocaliu.

Carbohidrați sunt incluse în compoziția fiecărei celule sub formă de zaharuri solubile în apă (glucoză, fructoză, zaharoză) și polizaharide insolubile în apă (celuloză, amidon). În celulă, carbohidrații joacă rolul de sursă de energie pentru reacțiile metabolice. Zaharurile, atunci când sunt legate de alte substanțe biologice ale celulei, formează glicozide, iar polizaharidele cu proteine ​​formează glicoproteine. Compoziția carbohidraților într-o celulă vegetală este mult mai diversă decât în ​​celulele animale, datorită compoziției diverse a polizaharidelor din peretele celular și a zaharurilor din seva celulară a vacuolelor.

Principalul și cel mai comun carbohidrat de stocare este amidonul polizaharid. Amidonul asimilativ primar se formează în cloroplaste. Noaptea, când fotosinteza încetează, amidonul este hidrolizat în zaharuri și transportat în țesuturile de depozitare - tuberculi, bulbi, rizomi. Acolo, în tipuri speciale de leucoplaste - amiloplaste - unele dintre zaharuri se depun sub formă de boabe de amidon secundar. Boabele de amidon se caracterizează prin stratificare, care se explică prin conținut diferit de apă din cauza aprovizionării inegale de amidon în timpul zilei. Există mai multă apă în straturile întunecate decât în ​​cele deschise. Un bob cu un centru de formare a amidonului în centrul amiloplastei se numește concentric simplu; dacă centrul este deplasat, se numește excentric simplu. Un bob cu mai mulți centri de formare a amidonului este complex. În boabele semicompuse, straturi noi sunt depuse în jurul mai multor centre de formare a amidonului, iar apoi straturi comune formează și acoperă centrii de formare a amidonului (vezi Fig. 1.12). Reactivul pentru amidon este o soluție de iod, care dă o culoare albastră.

Orez. 1.12. Boabele de amidon de cartofi (A):

1 - bob simplu; 2 - semicomplex; 3 - complex; grâu (B), ovăz (C)

Substante excretoare (produse metabolice secundare)

Incluziunile celulare includ, de asemenea, substanțe excretoare, de exemplu cristale de oxalat de calciu ( monocristale, rafide - cristale în formă de ac, druse - intercreșteri de cristale, nisip cristalin - o acumulare de multe cristale mici) (vezi Fig. 1.13). Mai rar, cristalele sunt compuse din carbonat de calciu sau silice ( cistoliti; vezi fig. 1.14). Cistoliții sunt depuși pe peretele celular, ieșind în celulă sub formă de ciorchini de struguri și sunt caracteristici, de exemplu, reprezentanților familiei de urzici și ai frunzelor de ficus.

Spre deosebire de animale, care excretă săruri în exces prin urină, plantele nu au organe excretoare dezvoltate. Prin urmare, se crede că cristalele de oxalat de calciu sunt produsul final al metabolismului protoplastelor, format ca un dispozitiv pentru îndepărtarea excesului de calciu din metabolism. De regulă, aceste cristale se acumulează în organele pe care planta le aruncă periodic (frunze, scoarță).

Orez. 1.13. Forme de cristale de oxalat de calciu în celule:

1, 2 - raphida (impatiens; 1 - vedere laterală, 2 - secțiune transversală); 3 - drusă (figur); 4 - nisip cristalin (cartofi); 5 - un singur cristal (vanilie)

Orez. 1.14. Cistolit (pe secțiunea transversală a unei frunze de ficus):

1 - pielea frunzei; 2 - cistolita

Uleiuri esentiale se acumuleaza in frunze (menta, lavanda, salvie), flori (macese), fructe (citrice) si seminte de plante (marar, anason). Uleiurile esențiale nu participă la metabolism, dar sunt utilizate pe scară largă în parfumerie (uleiuri de trandafir, iasomie), industria alimentară (uleiuri de anason, mărar), medicină (uleiuri de mentă, eucalipt). Rezervoarele pentru acumularea uleiurilor esențiale pot fi glande (mentă), recipiente lizigene (fructe citrice), fire de păr glandulare (mușcate).

Rășini- sunt compuși complecși formați în timpul vieții normale sau ca urmare a distrugerii țesuturilor. Ele sunt formate din celule epiteliale care căptușesc canalele de rășină ca un produs secundar al metabolismului, adesea cu uleiuri esențiale. Se pot acumula în seva celulară, citoplasmă sub formă de picături sau în recipiente. Sunt insolubile în apă, impermeabile la microorganisme și, datorită proprietăților lor antiseptice, cresc rezistența plantelor la boli. Rășinile sunt folosite în medicină, precum și la fabricarea vopselelor, lacurilor și uleiurilor lubrifiante. În industria modernă, acestea sunt înlocuite cu materiale sintetice.

Perete celular

Peretele celular rigid care înconjoară celula este alcătuit din microfibrile de celuloză încorporate într-o matrice care conține hemiceluloze și substanțe pectinice. Peretele celular oferă suport mecanic celulei, protejează protoplastul și menține forma celulei. În acest caz, peretele celular este capabil să se întindă. Fiind un produs al activității vitale a protoplastului, peretele poate crește doar în contact cu acesta. Apa și sărurile minerale se deplasează prin peretele celular, dar este complet sau parțial impermeabil la substanțele cu molecul mare. Când protoplastul moare, peretele poate continua să îndeplinească funcția de conducere a apei. Prezența unui perete celular, mai mult decât toate celelalte caracteristici, distinge celulele vegetale de celulele animale. Arhitectura peretelui celular este determinată în mare măsură de celuloză. Monomerul celulozei este glucoza. Mănunchiurile de molecule de celuloză formează micele, care se combină în fascicule mai mari - microfibrile. Reactivul pentru celuloză este clor-zinc-iod (Cl-Zn-I), care dă o culoare albastru-violet.

Cadrul celulozic al peretelui celular este umplut cu molecule ale matricei non-celulozice. Matricea contine polizaharide numite hemiceluloze; substanțe pectinice (pectină), foarte apropiate de hemiceluloze, și glicoproteine. Substanțele pectice, care se contopesc între celulele învecinate, formează o placă mediană, care este situată între membranele primare ale celulelor învecinate. Când placa de mijloc este dizolvată sau distrusă (care apare în pulpa fructelor coapte), are loc macerarea (din latinescul maceratio - înmuiere). Maceratul natural poate fi observat la multe fructe supracoapte (pepene verde, pepene galben, piersici). Macerația artificială (când țesutul este tratat cu alcali sau acid) este utilizată pentru prepararea diverselor preparate anatomice și histologice.

Peretele celular în procesul vieții poate suferi diverse modificări - lignificare, suberizare, mucilagii, cutinizare, mineralizare (vezi tabelul l.4).

Tabelul 1.4.

Informații conexe.

Citoplasma- o parte obligatorie a celulei, închisă între membrana plasmatică și nucleu; se împarte în hialoplasmă (substanța principală a citoplasmei), organite (componente permanente ale citoplasmei) și incluziuni (componente temporare ale citoplasmei). Compoziția chimică a citoplasmei: baza este apa (60-90% din masa totală a citoplasmei), diverși compuși organici și anorganici. Citoplasma are o reacție alcalină. O trăsătură caracteristică a citoplasmei unei celule eucariote este mișcarea constantă ( cicloza). Este detectată în primul rând prin mișcarea organelelor celulare, cum ar fi cloroplastele. Dacă mișcarea citoplasmei se oprește, celula moare, deoarece doar fiind în mișcare constantă își poate îndeplini funcțiile.

Hialoplasma ( citosol) este o soluție coloidală incoloră, lipicioasă, groasă și transparentă. În ea au loc toate procesele metabolice, asigură interconectarea nucleului și a tuturor organitelor. În funcție de predominanța părții lichide sau a moleculelor mari în hialoplasmă, se disting două forme de hialoplasmă: sol- hialoplasma mai lichida si gel- hialoplasmă mai groasă. Sunt posibile tranziții reciproce între ele: gelul se transformă într-un sol și invers.

Funcțiile citoplasmei:

1. combinând toate componentele celulei într-un singur sistem,
2. mediu pentru trecerea multor procese biochimice și fiziologice,
3. mediu pentru existenţa şi funcţionarea organelelor.

Membrane celulare

Membrane celulare limitează celulele eucariote. În fiecare membrană celulară se pot distinge cel puțin două straturi. Stratul interior este adiacent citoplasmei și este reprezentat de membrană plasmatică(sinonime - plasmalema, membrana celulara, membrana citoplasmatica), peste care se formeaza stratul exterior. Într-o celulă animală este subțire și se numește glicocalix(format din glicoproteine, glicolipide, lipoproteine), într-o celulă vegetală - groasă, numită perete celular(format din celuloză).

Toate membranele biologice au caracteristici și proprietăți structurale comune. În prezent este general acceptat model mozaic fluid al structurii membranei. Baza membranei este un strat dublu lipidic format în principal din fosfolipide. Fosfolipidele sunt trigliceride în care un rest de acid gras este înlocuit cu un rest de acid fosforic; secțiunea moleculei care conține restul de acid fosforic se numește cap hidrofil, secțiunile care conțin resturile de acizi grași se numesc cozi hidrofobe. În membrană, fosfolipidele sunt dispuse într-o manieră strict ordonată: cozile hidrofobe ale moleculelor se confruntă unele cu altele, iar capetele hidrofile sunt orientate spre exterior, spre apă.

Pe lângă lipide, membrana conține proteine ​​(în medie ≈ 60%). Ele determină majoritatea funcțiilor specifice ale membranei (transportul anumitor molecule, cataliza reacțiilor, primirea și transformarea semnalelor din mediu etc.). Există: 1) proteinele periferice(situat pe suprafața exterioară sau interioară a stratului dublu lipidic), 2) proteine ​​semi-integrale(cufundat în stratul dublu lipidic la adâncimi diferite), 3) proteine ​​integrale sau transmembranare(perforați membrana, contactând atât mediul extern cât și cel intern al celulei). Proteinele integrale sunt, în unele cazuri, numite proteine ​​care formează canale sau canale, deoarece pot fi considerate canale hidrofile prin care moleculele polare trec în celulă (componenta lipidică a membranei nu le-ar lăsa să treacă).

A - cap fosfolipidic hidrofil; B - cozi de fosfolipide hidrofobe; 1 - regiuni hidrofobe ale proteinelor E si F; 2 — regiuni hidrofile ale proteinei F; 3 - catenă oligozaharidă ramificată atașată la o lipidă dintr-o moleculă de glicolipide (glicolipidele sunt mai puțin frecvente decât glicoproteinele); 4 - lanț oligozaharidic ramificat atașat la o proteină dintr-o moleculă de glicoproteină; 5 - canal hidrofil (funcționează ca un por prin care pot trece ionii și unele molecule polare).

Membrana poate conține carbohidrați (până la 10%). Componenta glucidica a membranelor este reprezentata de lanturi de oligozaharide sau polizaharide asociate cu molecule proteice (glicoproteine) sau lipide (glicolipide). Carbohidrații sunt localizați în principal pe suprafața exterioară a membranei. Carbohidrații asigură funcții de receptor ale membranei. În celulele animale, glicoproteinele formează un complex supramembranar, glicocalixul, care are o grosime de câteva zeci de nanometri. Conține mulți receptori celulari, iar cu ajutorul ei are loc aderența celulară.

Moleculele de proteine, carbohidrați și lipide sunt mobile, capabile să se deplaseze în planul membranei. Grosimea membranei plasmatice este de aproximativ 7,5 nm.

Funcțiile membranelor

Membranele îndeplinesc următoarele funcții:

1. separarea conținutului celular de mediul extern,
2. reglarea metabolismului dintre celulă și mediu,
3. împărțirea celulei în compartimente („compartimente”),
4. locul de localizare a „conveioarelor enzimatice”,
5. asigurarea comunicării între celulele din țesuturile organismelor multicelulare (adeziune),
6. recunoașterea semnalului.

Cel mai important proprietatea membranei— permeabilitatea selectivă, de ex. membranele sunt foarte permeabile la unele substanțe sau molecule și slab permeabile (sau complet impermeabile) la altele. Această proprietate stă la baza funcției de reglare a membranelor, asigurând schimbul de substanțe între celulă și mediul extern. Procesul de trecere a substanțelor prin membrana celulară se numește transport de substante. Există: 1) transport pasiv- procesul de trecere a substanțelor fără consum de energie; 2) transport activ- procesul de trecere a substanțelor care are loc odată cu cheltuirea energiei.

La transport pasiv substanțele se deplasează dintr-o zonă de concentrație mai mare într-o zonă de mai mică, adică de-a lungul gradientului de concentrație. În orice soluție există molecule de solvent și dizolvat. Procesul de mișcare a moleculelor de dizolvat se numește difuzie, iar mișcarea moleculelor de solvent se numește osmoză. Dacă molecula este încărcată, atunci transportul ei este afectat și de gradientul electric. Prin urmare, oamenii vorbesc adesea despre un gradient electrochimic, combinând ambii gradienți împreună. Viteza de transport depinde de mărimea gradientului.

Se pot distinge următoarele tipuri de transport pasiv: 1) difuzie simplă— transportul substanțelor direct prin stratul dublu lipidic (oxigen, dioxid de carbon); 2) difuzia prin canalele membranare— transport prin proteine ​​care formează canale (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) difuzie facilitată- transportul de substanțe folosind proteine ​​speciale de transport, fiecare dintre acestea fiind responsabilă de mișcarea anumitor molecule sau grupe de molecule înrudite (glucoză, aminoacizi, nucleotide); 4) osmoză— transportul moleculelor de apă (în toate sistemele biologice solventul este apa).

Necesitate transport activ apare atunci când este necesar să se asigure transportul moleculelor printr-o membrană împotriva unui gradient electrochimic. Acest transport este realizat de proteine ​​transportoare speciale, a căror activitate necesită cheltuieli de energie. Sursa de energie sunt moleculele de ATP. Transportul activ include: 1) pompa Na + /K + (pompa sodiu-potasiu), 2) endocitoza, 3) exocitoza.

Funcționarea pompei Na + /K +. Pentru funcționarea normală, celula trebuie să mențină un anumit raport de ioni K + și Na + în citoplasmă și în mediul extern. Concentrația de K + în interiorul celulei ar trebui să fie semnificativ mai mare decât în ​​afara acesteia și Na + - invers. Trebuie remarcat faptul că Na + și K + pot difuza liber prin porii membranei. Pompa Na + /K + contracarează egalizarea concentrațiilor acestor ioni și pompează activ Na + din celulă și K + în celulă. Pompa Na + /K + este o proteină transmembranară capabilă de modificări conformaționale, în urma cărora se poate atașa atât K + cât și Na +. Ciclul pompei Na + /K + poate fi împărțit în următoarele faze: 1) adăugarea de Na + din interiorul membranei, 2) fosforilarea proteinei pompei, 3) eliberarea de Na + în spațiul extracelular, 4) adăugarea de K + din exteriorul membranei, 5) defosforilarea proteinei pompei, 6) eliberarea de K + în spațiul intracelular. Aproape o treime din toată energia necesară pentru funcționarea celulelor este cheltuită pentru funcționarea pompei de sodiu-potasiu. Într-un ciclu de funcționare, pompa pompează 3Na + din celulă și pompează în 2K +.

Endocitoza- procesul de absorbție a particulelor mari și a macromoleculelor de către celulă. Există două tipuri de endocitoză: 1) fagocitoză- captarea și absorbția particulelor mari (celule, părți de celule, macromolecule) și 2) pinocitoza— captarea și absorbția materialului lichid (soluție, soluție coloidală, suspensie). Fenomenul de fagocitoză a fost descoperit de I.I. Mechnikov în 1882. În timpul endocitozei, membrana plasmatică formează o invaginare, marginile ei se îmbină, iar structurile delimitate de citoplasmă de o singură membrană sunt împletite în citoplasmă. Multe protozoare și unele leucocite sunt capabile de fagocitoză. Pinocitoza se observă în celulele epiteliale intestinale și în endoteliul capilarelor sanguine.

exocitoză- un proces invers la endocitoză: îndepărtarea diferitelor substanțe din celulă. În timpul exocitozei, membrana veziculei se contopește cu membrana citoplasmatică exterioară, conținutul veziculei este îndepărtat în afara celulei, iar membrana sa este inclusă în membrana citoplasmatică exterioară. În acest fel, hormonii sunt îndepărtați din celulele glandelor endocrine; în protozoare, resturile alimentare nedigerate sunt îndepărtate.

Mergi la cursurile nr. 5"Teoria celulei. Tipuri de organizare celulară”

Mergi la cursurile nr. 7„Celula eucariotă: structura și funcțiile organelelor”

Membrană citoplasmatică sau plasmalemă(latină membrana – piele, film) – cel mai subțire film ( 7– 10 nm), care delimitează conținutul intern al celulei de mediu, este vizibil doar cu un microscop electronic.

De organizarea chimică Plasmalema reprezintă un complex lipoproteic - molecule lipideȘi proteine.

Se bazează pe un strat dublu lipidic format din fosfolipide; în plus, glicolipidele și colesterolul sunt prezente în membrane. Toate au proprietatea de a fi amfipatrice, adică. au capete hidrofile („iubitoare de apă”) și hidrofobe („frică de apă”). „Capetele” polare hidrofile ale moleculelor de lipide (grupul fosfat) sunt orientate spre exteriorul membranei, iar „cozile” hidrofobe nepolare (residuuri de acizi grași) se confruntă unele cu altele, ceea ce creează un strat lipidic bipolar. Moleculele de lipide sunt mobile și se pot deplasa în cadrul monostratului lor sau, rar, de la un monostrat la altul. Monostraturile lipidice sunt asimetrice, adică diferă în compoziția lipidică, ceea ce conferă specificitate membranelor chiar și în cadrul aceleiași celule. Stratul dublu lipidic poate fi într-o stare cristalină lichidă sau solidă.

A doua componentă esențială a plasmalemei sunt proteinele. Multe proteine ​​​​de membrană sunt capabile să se miște în planul membranei sau să se rotească în jurul axei lor, dar nu se pot deplasa dintr-o parte a stratului dublu lipidic în cealaltă.

Lipidele asigură principalele caracteristici structurale ale membranei, iar proteinele asigură funcțiile acesteia.

Funcțiile proteinelor membranare sunt diferite: menținerea structurii membranelor, primirea și convertirea semnalelor din mediu, transportarea anumitor substanțe, catalizarea reacțiilor care apar pe membrane.

Există mai multe modele ale structurii membranei citoplasmatice.

①. MODEL SANDWICH(veverite– lipide– proteine)

ÎN 1935 oameni de știință englezi DanieliȘi Dawson a exprimat ideea unui aranjament strat cu strat în membrana moleculelor de proteine ​​(straturi întunecate într-un microscop electronic), care se află la exterior, și molecule de lipide (strat ușor) în interior . Multă vreme, a existat ideea unei structuri unice cu trei straturi a tuturor membranelor biologice.

Un studiu detaliat al membranei folosind un microscop electronic a dovedit că stratul de lumină este de fapt reprezentat de două straturi de fosfolipide - aceasta stratul bilipid, iar secțiunile sale solubile în apă sunt capete hidrofile direcționat către stratul proteic și insolubil (reziduuri de acizi grași) - cozi hidrofobeînfruntându-se.

②. MODEL DE MOZAIC LICHID

ÎN 1972.Cântăreaţă Și Nicholson a descris un model de membrană care a fost acceptat pe scară largă. Conform acestui model, moleculele de proteine ​​nu formează un strat continuu, ci sunt scufundate într-un strat lipidic bipolar la diferite adâncimi sub formă de mozaic. Globuli de molecule de proteine, precum aisbergurile, sunt scufundate în „ocean”

lipide: unele sunt situate pe suprafața stratului bilipidic - proteinele periferice, alții sunt pe jumătate cufundați în ea - proteine ​​semi-integrale, al treilea - proteine ​​integrale– pătrunde prin și prin el, formând pori hidrofili. Proteinele periferice, situate pe suprafața stratului bilipidic, sunt asociate cu capetele moleculelor lipidice prin interacțiuni electrostatice. Dar nu formează niciodată un strat continuu și, de fapt, nu sunt proteine ​​ale membranei în sine, ci o conectează mai degrabă cu sistemul supramembranar sau submembranar al aparatului de suprafață al celulei.

Rolul principal în organizarea membranei în sine îl au proteinele integrale și semi-integrale (transmembranare), care au o structură globulară și sunt asociate cu faza lipidică prin interacțiuni hidrofil-hidrofobe. Moleculele de proteine, ca și lipidele, sunt amfipatrice și regiunile lor hidrofobe interacționează cu cozile hidrofobe ale stratului bilipid, iar regiunile hidrofile se confruntă cu mediul apos și formează legături de hidrogen cu apa.

③. MODEL PROTEINO-CRISTALIN(model mat lipoprotein)

Membranele sunt formate prin împletirea moleculelor de lipide și proteine, unite între ele pe bază de hidrofile.

interacțiuni hidrofobe.

Moleculele de proteine, precum știfturile, pătrund în stratul lipidic și acționează ca o schelă în interiorul membranei. După tratarea membranei cu substanțe liposolubile, se păstrează cadrul proteic, ceea ce demonstrează relația dintre moleculele proteice din membrană. Aparent, acest model este implementat doar în anumite zone speciale ale unor membrane, unde sunt necesare o structură rigidă și relații strânse stabile între lipide și proteine ​​(de exemplu, în zona în care se află enzima). Na-K –ATPaza).

Cel mai universal model care îndeplinește principiile termodinamice (principiile interacțiunilor hidrofil-hidrofobe), morfo-biochimice și experimentale
datele ntal-citologice sunt un model fluid-mozaic. Cu toate acestea, toate cele trei modele de membrane nu se exclud reciproc și pot fi găsite în zone diferite ale aceleiași membrane, în funcție de caracteristicile funcționale ale acestei zone.

PROPRIETATIILE MEMBRANEI

1. Capacitate de auto-asamblare. După influențe distructive, membrana este capabilă să-și restabilească structura, deoarece Moleculele de lipide, pe baza proprietăților lor fizico-chimice, sunt asamblate într-un strat bipolar, în care sunt apoi încorporate molecule de proteine.

2. Fluiditate. Membrana nu este o structură rigidă; majoritatea proteinelor și lipidelor incluse în compoziția sa se pot mișca în planul membranei; ele fluctuează constant datorită mișcărilor de rotație și oscilatorii. Aceasta determină rata mare de reacții chimice pe membrană.

3. Semi-permeabilitate. Membranele celulelor vii permit, pe lângă apă, să treacă doar anumite molecule și ioni de substanțe dizolvate. Aceasta asigură menținerea compoziției ionice și moleculare a celulei.

4. Membrana nu are capete libere. Se închide întotdeauna în bule.

5. Asimetrie. Compoziția straturilor exterioare și interioare atât a proteinelor, cât și a lipidelor este diferită.

6. Polaritate. Partea exterioară a membranei poartă o sarcină pozitivă, iar partea interioară poartă o sarcină negativă.

FUNCȚIILE MEMBRANEI

1) bariera - Plasmalema delimitează citoplasma și nucleul de mediul extern. În plus, membrana împarte conținutul intern al celulei în compartimente, în care apar adesea reacții biochimice opuse.

2) Receptor(semnal) - datorita proprietatii importante a moleculelor proteice - denaturarea, membrana este capabila sa detecteze diverse modificari ale mediului. Astfel, atunci când membrana celulară este expusă la diverși factori de mediu (fizici, chimici, biologici), proteinele incluse în compoziția sa își schimbă configurația spațială, care servește ca un fel de semnal pentru celulă.

Aceasta asigură comunicarea cu mediul extern, recunoașterea celulelor și orientarea acestora în timpul formării țesuturilor etc. Această funcție este asociată cu activitatea diferitelor sisteme de reglare și cu formarea unui răspuns imun.

3) schimb valutar– membrana conține nu numai proteine ​​structurale care o formează, ci și proteine ​​enzimatice, care sunt catalizatori biologici. Ele sunt situate pe membrană sub forma unui „conveior catalitic” și determină intensitatea și direcția reacțiilor metabolice.

4) Transport– pot pătrunde prin molecule de substanţe al căror diametru nu depăşeşte 50 nm pasiv și activ transportul prin porii din structura membranei. Substanțele mari pătrund în celulă prin endocitoza(transport în ambalaj cu membrană), care necesită energie. Soiurile sale sunt fago- și pinocitoză.

Pasiv transport – un tip de transport în care transferul de substanțe are loc de-a lungul unui gradient de concentrație chimică sau electrochimică fără cheltuirea energiei ATP. Există două tipuri de transport pasiv: difuzie simplă și difuzie facilitată. Difuzie– este transferul de ioni sau molecule dintr-o zonă de concentrație mai mare într-o zonă de concentrație mai mică, i.e. prin gradient.

Difuziune simplă– ionii de sare și apa pătrund prin proteine ​​transmembranare sau substanțe liposolubile de-a lungul unui gradient de concentrație.

Difuzare facilitată– proteinele purtătoare specifice leagă substanța și o transportă prin membrană conform principiului „ping-pong”. În acest fel, zaharurile și aminoacizii trec prin membrană. Viteza unui astfel de transport este mult mai mare decât simpla difuzare. Pe lângă proteinele purtătoare, unele antibiotice participă la difuzia facilitată, de exemplu, gramitidina și vanomicina.

Deoarece asigură transportul ionilor, se numesc ionofori.

Activ transportul este un tip de transport în care se consumă energie ATP; acesta merge împotriva gradientului de concentrație. La ea iau parte enzimele ATPaza. Membrana celulară exterioară conține ATPaze care transportă ioni împotriva unui gradient de concentrație, un fenomen numit pompă ionică. Un exemplu este pompa de sodiu-potasiu. În mod normal, există mai mulți ioni de potasiu în celulă, iar ioni de sodiu în mediul extern. Prin urmare, conform legilor difuziei simple, potasiul tinde să părăsească celula, iar sodiul curge în celulă. În schimb, pompa de sodiu-potasiu pompează ioni de potasiu în celulă împotriva gradientului de concentrație și transportă ionii de sodiu în mediul extern. Acest lucru vă permite să mențineți constanța compoziției ionice în celulă și viabilitatea acesteia. Într-o celulă animală, o treime din ATP este utilizată pentru a acționa pompa de sodiu-potasiu.

Un tip de transport activ este transportul cu membrane - endocitoza. Moleculele mari de biopolimeri nu pot pătrunde în membrană; ele intră în celulă în ambalaj membranar. Există fagocitoză și pinocitoză. Fagocitoză- captarea particulelor solide de către celulă, pinocitoza– particule lichide. Aceste procese includ etape:

1) recunoașterea substanței de către receptorii membranari; 2) invaginarea (invaginarea) membranei cu formarea unei vezicule (veziculă); 3) detașarea veziculei de membrană, fuziunea acesteia cu lizozomul primar și restabilirea integrității membranei; 4) eliberarea materialului nedigerat din celulă (exocitoză).

Endocitoza este o metodă de nutriție pentru protozoare. Mamiferele și oamenii au un sistem reticulo-histio-endotelial de celule capabile de endocitoză - acestea sunt leucocite, macrofage, celule Kupffer din ficat.

PROPRIETĂȚI OSMOTICE ALE CELULELE

Osmoză– un proces unidirecțional de pătrundere a apei printr-o membrană semipermeabilă dintr-o zonă cu o concentrație mai mică de soluție într-o zonă cu o concentrație mai mare. Osmoza determină presiunea osmotică.

Dializă– difuzia unidirecțională a substanțelor dizolvate.

Se numește o soluție în care presiunea osmotică este aceeași ca în celule izotonic. Când o celulă este scufundată într-o soluție izotonă, volumul acesteia nu se modifică. O soluție izotonă se numește fiziologic este o soluție de clorură de sodiu 0,9%, care este utilizată pe scară largă în medicină pentru deshidratarea severă și pierderea de plasmă sanguină.

Se numește o soluție a cărei presiune osmotică este mai mare decât în ​​celule hipertensiv.

Celulele dintr-o soluție hipertonică pierd apă și se micșorează. Soluțiile hipertonice sunt utilizate pe scară largă în medicină. Un bandaj de tifon înmuiat într-o soluție hipertonică absoarbe bine puroiul.

Se numește o soluție în care concentrația de sare este mai mică decât în ​​celulă hipotonic. Când o celulă este scufundată într-o astfel de soluție, apa se năpustește în ea. Celula se umflă, turgul ei crește și se poate prăbuși. Hemoliza– distrugerea celulelor sanguine într-o soluție hipotonă.

Presiunea osmotică în corpul uman în ansamblu este reglată de sistemul de organe excretoare.

Anterior123456789Următorul

VEZI MAI MULT:

Membrana celulara numită și membrană plasmatică (sau citoplasmatică) și plasmalemă. Această structură nu numai că separă conținutul intern al celulei de mediul extern, dar face și parte din majoritatea organitelor celulare și din nucleu, separându-le la rândul său de hialoplasmă (citosol) - partea vâscos-lichid a citoplasmei. Să fim de acord să sunăm membrana citoplasmatica cea care separă conținutul celulei de mediul extern. Termenii rămași desemnează toate membranele.

Structura membranei celulare

Structura membranei celulare (biologice) se bazează pe un strat dublu de lipide (grăsimi). Formarea unui astfel de strat este asociată cu caracteristicile moleculelor lor. Lipidele nu se dizolvă în apă, ci se condensează în ea în felul lor. O parte a unei singure molecule de lipide este un cap polar (este atras de apă, adică hidrofil), iar cealaltă este o pereche de cozi lungi nepolare (această parte a moleculei este respinsă de apă, adică hidrofobă). Această structură de molecule îi face să-și „ascundă” cozile de apă și să-și întoarcă capetele polare către apă.

Ca urmare, se formează un dublu strat lipidic în care cozile nepolare sunt spre interior (una față de alta) și capetele polare sunt spre exterior (spre mediul extern și citoplasmă). Suprafața unei astfel de membrane este hidrofilă, dar în interior este hidrofobă.

În membranele celulare, fosfolipidele predomină printre lipide (aparțin lipidelor complexe). Capetele lor conțin un reziduu de acid fosforic. Pe lângă fosfolipide, există glicolipide (lipide + carbohidrați) și colesterol (legat de steroli). Acesta din urmă conferă rigiditate membranei, fiind situat în grosimea acesteia între cozile lipidelor rămase (colesterolul este complet hidrofob).

Datorită interacțiunii electrostatice, unele molecule de proteine ​​sunt atașate de capetele lipidice încărcate, care devin proteine ​​membranare de suprafață. Alte proteine ​​interacționează cu cozile nepolare, sunt parțial îngropate în stratul dublu sau pătrund prin acesta.

Astfel, membrana celulară este formată dintr-un strat dublu de lipide, proteine ​​de suprafață (periferice), încorporate (semi-integrale) și permeabile (integrale). În plus, unele proteine ​​și lipide din exteriorul membranei sunt asociate cu lanțuri de carbohidrați.

Acest model mozaic fluid al structurii membranei a fost propusă în anii 70 ai secolului XX. Anterior, a fost presupus un model sandwich de structură, conform căruia stratul dublu lipidic este situat în interior, iar în interior și în exterior membrana este acoperită cu straturi continue de proteine ​​de suprafață. Cu toate acestea, acumularea de date experimentale a respins această ipoteză.

Grosimea membranelor din diferite celule este de aproximativ 8 nm. Membranele (chiar și fețele diferite ale uneia) diferă între ele în procentul diferitelor tipuri de lipide, proteine, activitate enzimatică etc. Unele membrane sunt mai lichide și mai permeabile, altele sunt mai dense.

Membrana celulară se rupe cu ușurință datorită proprietăților fizico-chimice ale stratului dublu lipidic. În planul membranei, lipidele și proteinele (cu excepția cazului în care sunt ancorate de citoschelet) se mișcă.

Funcțiile membranei celulare

Majoritatea proteinelor scufundate în membrana celulară îndeplinesc o funcție enzimatică (sunt enzime). Adesea (în special în membranele organelelor celulare) enzimele sunt localizate într-o anumită secvență, astfel încât produsele de reacție catalizate de o enzimă trec la a doua, apoi la a treia etc. Se formează un transportor care stabilizează proteinele de suprafață, deoarece nu permite enzimelor să plutească de-a lungul stratului dublu lipidic.

Membrana celulară îndeplinește o funcție de delimitare (barieră) de mediu și în același timp funcții de transport. Putem spune că acesta este scopul său cel mai important. Membrana citoplasmatică, având rezistență și permeabilitate selectivă, menține constanta compoziției interne a celulei (homeostazia și integritatea acesteia).

În acest caz, transportul substanțelor are loc în diferite moduri. Transportul de-a lungul unui gradient de concentrație presupune deplasarea substanțelor dintr-o zonă cu o concentrație mai mare într-o zonă cu una mai mică (difuzie). De exemplu, gazele (CO 2 , O 2 ) difuzează.

Există și transport împotriva unui gradient de concentrație, dar cu consum de energie.

Transportul poate fi pasiv și ușor (când este ajutat de un fel de transportator)
La). Difuzia pasivă prin membrana celulară este posibilă pentru substanțele solubile în grăsimi.

Există proteine ​​speciale care fac membranele permeabile la zaharuri și alte substanțe solubile în apă. Astfel de purtători se leagă de moleculele transportate și le trag prin membrană.

3. Funcțiile și structura membranei citoplasmatice

Acesta este modul în care glucoza este transportată în interiorul celulelor roșii din sânge.

Proteinele de filetare se combină pentru a forma un por pentru mișcarea anumitor substanțe prin membrană. Astfel de purtători nu se mișcă, ci formează un canal în membrană și funcționează similar enzimelor, legând o substanță specifică. Transferul are loc din cauza unei modificări a conformației proteinei, având ca rezultat formarea de canale în membrană. Un exemplu este pompa de sodiu-potasiu.

Funcția de transport a membranei celulare eucariote se realizează și prin endocitoză (și exocitoză). Datorită acestor mecanisme, molecule mari de biopolimeri, chiar și celule întregi, intră în celulă (și din ea). Endo- și exocitoza nu sunt caracteristice tuturor celulelor eucariote (procariotele nu o au deloc). Astfel, se observă endocitoza la protozoare și nevertebrate inferioare; la mamifere, leucocitele și macrofagele absorb substanțele și bacteriile nocive, adică endocitoza îndeplinește o funcție de protecție pentru organism.

Endocitoza se împarte în fagocitoză(citoplasma învelește particule mari) și pinocitoza(captarea picăturilor de lichid cu substanțe dizolvate în el). Mecanismul acestor procese este aproximativ același. Substanțele absorbite de pe suprafața celulelor sunt înconjurate de o membrană. Se formează o veziculă (fagocitară sau pinocitară), care apoi se deplasează în celulă.

Exocitoza este îndepărtarea substanțelor din celulă (hormoni, polizaharide, proteine, grăsimi etc.) de către membrana citoplasmatică. Aceste substanțe sunt conținute în vezicule membranare care se potrivesc cu membrana celulară. Ambele membrane se îmbină și conținutul apare în afara celulei.

Membrana citoplasmatică îndeplinește o funcție de receptor. Pentru a face acest lucru, pe partea exterioară sunt amplasate structuri care pot recunoaște un stimul chimic sau fizic. Unele dintre proteinele care pătrund în plasmalemă sunt conectate din exterior la lanțuri de polizaharide (formând glicoproteine). Aceștia sunt receptori moleculari specifici care captează hormoni. Când un anumit hormon se leagă de receptorul său, își schimbă structura. Aceasta, la rândul său, declanșează mecanismul de răspuns celular. În acest caz, canalele se pot deschide, iar anumite substanțe pot începe să intre sau să iasă din celulă.

Funcția receptorilor membranelor celulare a fost bine studiată pe baza acțiunii hormonului insulinei. Când insulina se leagă de receptorul său de glicoproteină, partea catalitică intracelulară a acestei proteine ​​(enzima adenilat ciclază) este activată. Enzima sintetizează AMP ciclic din ATP. Deja activează sau suprimă diverse enzime ale metabolismului celular.

Funcția de receptor a membranei citoplasmatice include, de asemenea, recunoașterea celulelor vecine de același tip. Astfel de celule sunt atașate între ele prin diferite contacte intercelulare.

În țesuturi, cu ajutorul contactelor intercelulare, celulele pot face schimb de informații între ele folosind substanțe cu molecul scăzut special sintetizate. Un exemplu de astfel de interacțiune este inhibarea contactului, când celulele încetează să crească după ce primesc informații că spațiul liber este ocupat.

Contactele intercelulare pot fi simple (membranele diferitelor celule sunt adiacente una cu cealaltă), blocare (invaginări ale membranei unei celule în alta), desmozomi (când membranele sunt conectate prin mănunchiuri de fibre transversale care pătrund în citoplasmă). În plus, există o variantă a contactelor intercelulare datorate mediatorilor (intermediarilor) - sinapsele. În ele, semnalul este transmis nu numai chimic, ci și electric. Sinapsele transmit semnale între celulele nervoase, precum și de la celulele nervoase la cele musculare.

Teoria celulei

În 1665, R. Hooke, examinând o secțiune de plută de lemn la microscop, a descoperit celule goale, pe care le-a numit „celule”. El a văzut doar membranele celulelor vegetale, iar pentru o lungă perioadă de timp membrana a fost considerată principala componentă structurală a celulei. În 1825, J. Purkynė a descris protoplasma celulelor, iar în 1831, R. Brown a descris nucleul. În 1837, M. Schleiden a ajuns la concluzia că organismele vegetale constau din celule, iar fiecare celulă conține un nucleu.

1.1. Folosind datele acumulate până în acest moment, T.

Membrana citoplasmatică, funcțiile și structura ei

Schwann a formulat în 1839 principalele prevederi ale teoriei celulare:

1) celula este unitatea structurală de bază a plantelor și animalelor;

2) procesul de formare a celulelor determină creșterea, dezvoltarea și diferențierea organismelor.

În 1858, R. Virchow, fondatorul anatomiei patologice, a completat teoria celulară cu poziția importantă că o celulă nu poate proveni decât dintr-o celulă (Omnis cellula e cellula) ca urmare a diviziunii acesteia. El a stabilit că toate bolile se bazează pe modificări în structura și funcția celulelor.

1.2. Teoria celulară modernă include următoarele prevederi:

1) celulă - unitatea structurală, funcțională și genetică de bază a organismelor vii, cea mai mică unitate a unui lucru viu;

2) celulele tuturor organismelor unicelulare și pluricelulare sunt similare ca structură, compoziție chimică și cele mai importante manifestări ale proceselor vieții;

3) fiecare celulă nouă se formează ca rezultat al diviziunii celulei originale (mamă);

4) celulele organismelor pluricelulare sunt specializate: îndeplinesc diferite funcții și formează țesuturi;

5) celula este un sistem deschis prin care trec și sunt transformate fluxuri de materie, energie și informație

Structura și funcțiile membranei citoplasmatice

Celula este un sistem deschis, autoreglabil, prin care există un flux constant de materie, energie și informații. Aceste fluxuri sunt acceptate aparate speciale celule, care includ:

1) componentă supramembranară – glicocalix;

2) o membrană biologică elementară sau complexul acestora;

3) complex suport-contractil submembranos al hialoplasmei;

4) sisteme anabolice și catabolice.

Componenta principală a acestui dispozitiv este o membrană elementară.

Celula conține diferite tipuri de membrane, dar principiul structurii lor este același -

În 1972, S. Singer și G. Nicholson au propus un model fluid-mozaic al structurii unei membrane elementare. Conform acestui model, se bazează și pe un strat bilipid, dar proteinele sunt situate diferit în raport cu acest strat. Unele molecule proteice se află pe suprafața straturilor lipidice (proteine ​​periferice), unele pătrund într-un strat de lipide (proteine ​​semi-integrale), iar unele penetrează ambele straturi de lipide (proteine ​​integrale). Stratul lipidic este în fază lichidă („mare lipidică”). Pe suprafața exterioară a membranelor se află un aparat receptor - glicocalixul, format din molecule ramificate de glicoproteine, care „recunoaște” anumite substanțe și structuri.

2.3. Proprietățile membranelor: 1) plasticitate, 2) semi-permeabilitate, 3) capacitate de auto-închidere.

2.4. Funcțiile membranelor: 1) structurale - membrana ca componentă structurală face parte din majoritatea organitelor (principiul membranei al structurii organitelor); 2) barieră și reglatoare - menține constanta compoziției chimice și reglează toate procesele metabolice (pe membrane apar reacții metabolice); 3) protectoare; 4) receptor.