Ce substanțe alcătuiesc membrana citoplasmatică. membrana citoplasmatica

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

Orez. unu. Structura membranei celulare în funcție de lichidmodel mozaic. Proteinele și glicoproteinele sunt scufundate într-un dubluun strat de molecule lipidice îndreptate spre hidrofilul lorcapete (cercuri) spre exterior și hidrofobe (linii ondulate) -adânc în membrană

Ele secretă proteine ​​periferice (sunt localizate numai peste suprafața interioară sau exterioară a membranei), integrala nye (sunt ferm încorporate în membrană, scufundate în ea, capabile să-și schimbe poziția în funcție de stare celule). Funcțiile proteinelor membranare: receptor, structural(suport forma celulei), enzimatic, adeziv, antigenic, de transport.

Moleculele de proteine ​​sunt încorporate mozaic în stratul bimolecular al lipidelor. Din exteriorul celulei animale, moleculele de polizaharide se atașează la lipide și moleculele proteice ale membranei plasmatice, formând glicolipide și glicoproteine.

Acest agregat formează stratul de glicocalix. Funcția de receptor a plasmalemei 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, în timp ce la ciuperci, este alcătuită din chitină.

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

Cea mai importantă funcție a membranei: favorizează compartimentarea – subdivizarea conținutului celulei în celule separate, care diferă în detaliile compoziției chimice sau enzimatice. Acest lucru realizează o ordine ridicată a conținutului intern al oricărei celule eucariote. Compartimentarea contribuie 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 (cristae delimitate de membrana internă a mitocondriilor).

Alte caracteristici:

1) barieră (delimitarea conținutului intern al celulei);

2) structurale (darea unei anumite forme celulelor dinresponsabilitatea pentru funcțiile îndeplinite);

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

4) reglementare (reglarea permeabilității selective pentru diverse substanțe (transport pasiv fără cheltuială energetică conform legilor difuziei sau osmozei și transport activ cu cheltuială de energie prin pinocitoză, endo- și exocitoză, funcționarea pompei de sodiu-potasiu, fagocitoză)). Celulele întregi sau particulele mari sunt înghițite de fagocitoză (de exemplu, amintiți-vă că hrăniți în amebe sau fagocitoza de către celulele sanguine protectoare ale bacteriilor). În pinocitoză, 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 cu formarea unei vacuole, care apoi se deplasează în profunzimea citoplasmei celulare. Exocitoza este un proces (fiind și transport activ) opus în direcție fagocitozei și pinocitozei (Fig. 13). Cu ajutorul acestuia, pot fi îndepărtate reziduurile alimentare nedigerate din protozoare sau substanțele biologic active formate în celula secretorie.

5) funcție de adeziv (toate celulele sunt interconectate 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 glicoproteine ​​și polizaharide membranare. Pe suprafața fiecărei celule există molecule de proteine ​​care sunt specifice doar pentru acest tip de celulă. Cu ajutorul lor, sistemul imunitar este capabil să distingă între sine și celulele străine. Schimbul de substanțe între 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 de lipide ale ambelor straturi interacționează cu moleculele de proteine ​​scufundate în ele. De la 60 la 75% din lipidele membranare sunt fosfolipide, 15-30% colesterol. Proteinele sunt reprezentate în principal de glicoproteine. Distinge proteine ​​integrale cuprinzând 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 antigradient 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 a țesutului.

Realizează schimbul de ioni între citoplasmă și lichidul extracelular.

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

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

Mecanisme de excitabilitate celulară. Istoria studiului fenomenelor bioelectrice.

Practic, informațiile transmise în organism sunt sub formă de semnale electrice (de exemplu, impulsuri nervoase). Prezența electricității animale a fost stabilită pentru prima dată de naturalistul (fiziologul) L. Galvani în 1786. Pentru a studia electricitatea atmosferică, a atârnat pe un cârlig de cupru preparate neuromusculare din pulpe de broască. Când aceste labe au atins balustrada de fier a balconului, mușchii s-au contractat. Aceasta a indicat acțiunea unui fel de electricitate asupra nervului preparatului neuromuscular. Galvani a considerat că acest lucru se datorează prezenței electricității în țesuturile vii în sine. Totuși, A. Volta a constatat că sursa de electricitate este locul de contact a două metale diferite - cuprul și fierul. În fiziologie Prima experiență clasică a lui Galvani se considera atingerea nervului preparatului neuromuscular cu o penseta bimetalica din cupru si fier. Pentru a-și dovedi cazul, Galvani a produs a doua experiență. A aruncat capătul nervului care inervează preparatul neuromuscular peste tăietura muşchiului său. Rezultatul a fost o contracție. Cu toate acestea, această experiență nu i-a convins pe contemporanii lui Galvani. Prin urmare, un alt italian Matteuchi a făcut următorul experiment. El a suprapus nervul unui preparat de broasca neuromusculara pe muschiul celui de-al doilea, care s-a contractat sub influenta unui curent iritant. Drept urmare, primul medicament a început să scadă. Aceasta a indicat transferul de electricitate (potențial de acțiune) de la un mușchi la altul. Prezența unei diferențe de potențial între părțile deteriorate și nedeteriorate ale mușchiului a fost stabilită pentru prima dată cu acuratețe în secolul al XIX-lea folosind un galvanometru (ampermetru) de către Matteuchi.În plus, tăietura avea o sarcină negativă, iar suprafața mușchiului era pozitivă.

Membrana citoplasmatică care separă citoplasma de peretele celular se numește plasmalemă (membrană plasmatică), iar cea care o separă de vacuola se numește tonoplast (membrană elementară).

În prezent, se utilizează modelul mozaic fluid 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 dublu: proteine ​​integrale care pătrund pe 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 semipermeabilitatea lor: trec prin apă, dar nu trec substanțele 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 costurile energetice, 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, osmoza.

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

Cu difuzie facilitată, trecerea unei substanțe prin membrană este asistată de o proteină de transport. Astfel, în celulă intră diverse molecule polare, precum zaharuri, aminoacizi, nucleotide etc.

Osmoză este difuzia apei prin membranele semipermeabile. Osmoza face ca apa să treacă de la o soluție cu potențial ridicat de apă la o soluție cu potențial scăzut de apă.

transport activ- este transferul de molecule și ioni prin 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 + în interiorul celulei și o concentrație scăzută de H + (Na + și K + - la animale). Energia necesară pentru a funcționa această pompă vine sub formă de ATP, care este 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 transferate în citoplasmă împreună cu substanțele conținute în ele. Ingestia de particule 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 la endocitoză se numește exocitoză. Multe substanțe sunt îndepărtate din celulă în vezicule sau vacuole speciale. Un exemplu este retragerea din celulele secretoare a secretelor lor lichide; un alt exemplu este participarea veziculelor de dictiozom la formarea peretelui celular.

DERIVATI PROTOPLAST

Vacuole

Vacuole 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-o singură vacuola centrală.

În vacuole sunt depozitate diverse substanțe, inclusiv produsele finale ale metabolismului. Proprietățile osmotice ale celulei depind în mare măsură 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 se opune unei presiuni egale a peretelui celular, îndreptată în interiorul celulei. 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). În același timp, 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 scăderea frunzelor și a tulpinilor. Cu toate acestea, acest proces este reversibil: dacă celula 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 în soluție 6% KNO3); C - plasmoliza completa (celula plasata in solutie 10% KNO3); 1 - cloroplast; 2 - miez; 3 - peretele celular; 4 - protoplast; 5 - vacuola centrala

Incluziuni

Incluziunile celulare sunt substanțe de rezervă și excretoare.

Substanțele de rezervă (excluse temporar din metabolism) și, împreună cu acestea, deșeurile (substanțe excretoare) sunt adesea numite substanțe 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 plantei și în miezul tulpinii.

Substanțe de rezervă

Proteinele de rezervă, legate de proteinele simple - proteine, sunt depuse mai des în semințe. Proteinele care se stabilesc în vacuole formează boabe rotunde sau eliptice numite aleurona. Dacă boabele de aleuronă nu au o structură internă vizibilă și constau dintr-o proteină amorfă, se numesc simple. Dacă o structură asemănătoare cristalului (cristaloid) și corpuri strălucitoare incolore de formă rotunjită (globoizi) se găsesc în boabele de aleurone printre proteinele amorfe, astfel de boabe de aleuronă sunt numite complexe (vezi Fig. 1.11). Proteina amorfă a boabelor de aleuronă este reprezentată de o proteină gălbuie omogenă, opacă, care se umflă în apă. Cristaloizii au o formă romboedrică caracteristică cristalelor, dar spre deosebire de cristalele adevărate, proteinele lor se umflă în apă. Globoizii constau dintr-o sare de calciu-magneziu, contin fosfor, sunt insolubili in apa si nu reactioneaza la proteine.

Orez. 1.11. Boabele complexe de aleuronă:

1 - pori în coajă; 2 - globoide; 3 - masa proteica amorfa; 4 - cristaloizi scufundati in masa proteica amfora

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

Carbohidrați fac parte din fiecare celulă 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, legându-se cu alte substanțe biologice ale celulei, formează glicozide, iar polizaharidele cu proteine ​​formează glicoproteine. Compoziția carbohidraților din celulele vegetale este mult mai diversă decât cea a celulelor animale, datorită compoziției diverse a polizaharidelor din peretele celular și a zaharurilor din seva celulelor vacuole.

Principalul și cel mai comun carbohidrat de stocare este amidonul polizaharid. Amidonul de asimilare primară se formează în cloroplaste. Noaptea, când fotosinteza se oprește, amidonul este hidrolizat în zaharuri și transportat în țesuturile de depozitare - tuberculi, bulbi, rizomi. Acolo, în tipuri speciale de leucoplaste - amiloplaste - o parte din zaharuri sunt depuse sub formă de boabe de amidon secundar. Pentru boabele de amidon, laminarea este caracteristică, ceea ce se explică prin conținutul 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 - excentric simplu. Boabele cu mai mulți centri de formare a amidonului sunt complexe. În boabele semicomplexe, straturi noi sunt depuse în jurul mai multor centre de amidon, iar apoi straturi comune formează și acoperă centrii de amidon (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, cum ar fi cristalele de oxalat de calciu ( monocristale, rafid - 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 tipici, de exemplu, pentru reprezentanții familiei de urzici, frunze de ficus.

Spre deosebire de animalele care excretă sărurile în exces cu urina, plantele nu au organe excretoare dezvoltate. Prin urmare, se crede că cristalele de oxalat de calciu sunt produsul final al metabolismului protoplastelor, care se formează 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 - rafidă (tuchy; 1 - vedere laterală, 2 - în secțiune transversală); 3 - drusă (opuntia); 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 - cistolit

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). Glandele (menta), recipientele lizigene (citrice), firele de păr glandulare (mușcata) pot fi rezervoare pentru acumularea uleiurilor esențiale.

rășini- Aceștia sunt compuși complecși formați în cursul activității normale a vieții sau ca urmare a distrugerii țesuturilor. Ele sunt formate de celulele epiteliale care căptușesc canalele de rășină ca un produs secundar metabolic, 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 format din microfibrile de celuloză scufundate într-o matrice, care include hemiceluloze și substanțe pectinice. Peretele celular oferă suport mecanic celulei, protecția protoplastei și păstrarea formei 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 pentru substanțele macromoleculare este complet sau parțial impermeabil. Când protoplastul moare, peretele poate continua să îndeplinească funcția de conducere a apei. Prezența unui perete celular, mai mult decât orice altă caracteristică, distinge celulele vegetale de animale. Celuloza determină în mare măsură arhitectura peretelui celular. Monomerul celulozei este glucoza. Mănunchiurile de molecule de celuloză formează micelii, care se combină în fascicule mai mari - microfibrile. Reactivul pentru celuloză este clor-zinc-iod (Cl-Zn-I), care dă o culoare albastru-violet.

Schela de celuloză a peretelui celular este umplută 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 (ceea ce 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 (la tratarea țesuturilor cu alcali sau acid) este utilizată pentru prepararea diverselor preparate anatomice și histologice.

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

Tabelul 1.4.

Informații similare.

Citoplasma- o parte obligatorie a celulei, închisă între membrana plasmatică și nucleu; Este subdivizată 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 este 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 densă. Sunt posibile tranziții reciproce între ele: gelul se transformă într-un sol și invers.

Funcțiile citoplasmei:

1. integrarea tuturor componentelor celulei într-un singur sistem,
2. mediu pentru trecerea multor procese biochimice și fiziologice,
3. mediu pentru existenţa şi funcţionarea organelelor.

Pereții celulari

Pereții celulari limitează celulele eucariote. Cel puțin două straturi pot fi distinse în fiecare membrană celulară. 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. Momentan 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 în care se află reziduul de acid fosforic se numește cap hidrofil, secțiunile în care se află reziduurile 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 îndreptate 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.). Distinge: 1) proteinele periferice(situat pe suprafața exterioară sau interioară a stratului dublu lipidic), 2) proteine ​​semi-integrale(cufundat în stratul dublu lipidic la diferite adâncimi), 3) proteine ​​integrale sau transmembranare(penetrează membrana prin și prin, în timp ce sunt în contact atât cu mediul extern, cât și cu mediul intern al celulei). Proteinele integrale în unele cazuri sunt numite care formează canale, sau canal, 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 hidrofil al fosfolipidei; C, cozile hidrofobe ale fosfolipidei; 1 - regiuni hidrofobe ale proteinelor E și F; 2, regiuni hidrofile ale proteinei F; 3 - o catenă oligozaharidă ramificată atașată la o lipidă dintr-o moleculă de glicolipid (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). Practic, carbohidrații sunt localizați pe suprafața exterioară a membranei. Carbohidrații asigură funcții de receptor ale membranei. În celulele animale, glicoproteinele formează un complex epimembranar, glicocalixul, gros de câteva zeci de nanometri. Mulți receptori celulari sunt localizați în ea, 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 membranei

Membranele îndeplinesc următoarele funcții:

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

Cel mai important proprietatea membranei- permeabilitatea selectivă, i.e. 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, care asigură schimbul de substanțe între celulă și mediul extern. Procesul prin care substanțele trec prin membrana celulară se numește transport de substante. Distinge: 1) transport pasiv- procesul de trecere a substanțelor, mergând fără energie; 2) transport activ- procesul de trecere a substanțelor, mergând cu costul energiei.

La transport pasiv substanțele se deplasează dintr-o zonă cu o concentrație mai mare într-o zonă cu una mai mică, adică. de-a lungul gradientului de concentrație. În orice soluție există molecule de solvent și solut. Procesul de mișcare a moleculelor de dizolvat se numește difuzie, mișcarea moleculelor de solvent se numește osmoză. Dacă molecula este încărcată, atunci transportul ei este afectat de gradientul electric. Prin urmare, se vorbește 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 substanţelor direct prin bistratul lipidic (oxigen, dioxid de carbon); 2) difuzia prin canalele membranare- transport prin proteine ​​formatoare de 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); patru) osmoză- transportul moleculelor de apă (în toate sistemele biologice, apa este solventul).

Nevoie transport activ apare atunci când este necesar să se asigure transferul moleculelor prin membrană împotriva gradientului 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.

Funcționează Na + /K + -pompa. 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 acestor concentrații de ioni și pompează activ Na+ din celulă și K+ în celulă. Pompa Na + /K + este o proteină transmembranară capabilă de modificări conformaționale, astfel încât să poată atașa atât K + cât și Na + . Ciclul de funcționare al pompei Na + /K + poate fi împărțit în următoarele faze: 1) atașarea Na + din interiorul membranei, 2) fosforilarea proteinei pompei, 3) eliberarea Na + în extracelular. spațiu, 4) atașarea K + din exteriorul membranei, 5) defosforilarea proteinei pompei, 6) eliberarea de K + în spațiul intracelular. Pompa de sodiu-potasiu consumă aproape o treime din toată energia necesară vieții celulei. În timpul unui ciclu de funcționare, pompa pompează 3Na + din celulă și pompează în 2K +.

Endocitoza- procesul de absorbție de către celulă a particulelor mari și a macromoleculelor. Există două tipuri de endocitoză: 1) fagocitoză- captarea și absorbția particulelor mari (celule, părți celulare, macromolecule) și 2) pinocitoza- captarea si absorbtia materialului lichid (solutie, solutie coloidala, suspensie). Fenomenul de fagocitoză a fost descoperit de I.I. Mechnikov în 1882. În timpul endocitozei, membrana plasmatică formează o invaginare, marginile ei se contopesc, 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 ale intestinului, în endoteliul capilarelor sanguine.

exocitoză- procesul invers al endocitozei: îndepărtarea diferitelor substanțe din celulă. În timpul exocitozei, membrana veziculei fuzionează 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 excretați din celulele glandelor endocrine, iar în protozoare rămân alimente nedigerate.

Mergi la cursurile numarul 5"Teoria celulei. Tipuri de organizare celulară»

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

membrana citoplasmatică sau plasmalemă(lat. membrana - skin, film) - cel mai subtire film ( 7– 10nm), delimitând conținutul intern al celulei de mediu, este vizibil doar la microscop electronic.

De organizarea chimică plasmalema este 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 amfipatricității, adică. au capete hidrofile („iubitoare de apă”) și hidrofobe („de frică de apă”). „Capetele” polare hidrofile ale moleculelor de lipide (grupa fosfat) sunt îndreptate spre exteriorul membranei, iar „cozile” hidrofobe nepolare (reziduuri 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 monostratul lor sau rar - de la un monostrat la altul. Monostraturile lipidice sunt asimetrice, adică diferă în compoziția lipidelor, ceea ce conferă specificitate membranelor chiar și în cadrul aceleiași celule. Bistratul lipidic poate fi în stare de cristal lichid sau solid.

Proteinele sunt a doua componentă esențială a plasmalemei. 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 caracteristicile structurale de bază ale membranei, în timp ce 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)

LA 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 în 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 lipidic, iar părțile 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

LA 1972.Cântăreaţă și Nicholson a descris un model al membranei care a câștigat o largă acceptare. Conform acestui model, moleculele proteice nu formează un strat continuu, ci sunt scufundate în stratul 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- patrunde prin si prin el, formand pori hidrofili. Proteinele periferice, aflându-se la suprafața stratului lipidic, sunt asociate cu capetele moleculelor lipidice prin interacțiuni electrostatice. Dar nu formează niciodată un strat continuu și, de fapt, nu sunt proteinele membranei în sine, ci o conectează mai degrabă cu sistemul supramembranar sau submembranar al aparatului de suprafață celulară.

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, în timp ce regiunile hidrofile se confruntă cu mediul acvatic și formează legături de hidrogen cu apa.

③. MODEL PROTEIN-CRISTAL(model mat lipoprotein)

Membranele sunt formate prin împletirea moleculelor de lipide și proteine, care sunt combinate între ele pe baza hidrofilului.

interacțiuni hidrofobe.

Moleculele de proteine, precum pinii, pătrund în stratul lipidic și îndeplinesc funcția de cadru în membrană. 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 regiunea în care enzima Na-K-ATP-aze).

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

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 sale 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. Semipermeabilitate. Membranele celulelor vii trec, pe lângă apă, 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, în timp ce partea interioară poartă o sarcină negativă.

FUNCȚIILE MEMBRANEI

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

2) Receptor(semnal) - datorita proprietatii importante a moleculelor proteice - denaturarea, membrana este capabila sa capteze diverse modificari ale mediului. Deci, atunci când o membrană celulară este expusă la diverși factori de mediu (fizici, chimici, biologici), proteinele care alcătuiesc 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 lor 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 contine nu numai proteine ​​structurale care o formeaza, ci si 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 ambalaje cu membrană), necesitând consum de energie. Soiurile sale sunt fagi și pinocitoză.

Pasiv transport - un mod de transport în care transferul de substanțe se efectuează de-a lungul unui gradient de concentrație chimică sau electrochimică fără a consuma energie ATP. Există două tipuri de transport pasiv: difuzie simplă și difuzie facilitată. Difuzie- acesta este transferul de ioni sau molecule dintr-o zonă cu concentrația lor mai mare într-o zonă cu concentrație mai mică, adică. de-a lungul gradientului.

difuzie simplă- ionii de sare si apa patrund prin proteine ​​transmembranare sau substante liposolubile de-a lungul unui gradient de concentratie.

Difuzare facilitată- proteinele purtătoare specifice leagă substanța și o transferă prin membrană după principiul „ping-pong”. În acest fel, zaharurile și aminoacizii trec prin membrană. Rata unui astfel de transport este mult mai mare decât cea a difuziei simple. În plus față de proteinele purtătoare, unele antibiotice, cum ar fi gramitidina și vanomicina, sunt implicate în difuzia facilitată.

Deoarece asigură transportul ionilor, se numesc ionofori.

Activ transportul este un mod de transport în care se consumă energia ATP, acesta merge împotriva gradientului de concentrație. Acesta implică 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 pătrunde în celulă. În schimb, pompa de sodiu-potasiu pompează ioni de potasiu în celulă împotriva unui gradient de concentrație și transportă ionii de sodiu în mediul extern. Aceasta permite menținerea constantei compoziției ionice în celulă și a viabilității 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 membrană. endocitoza. Moleculele mari de biopolimeri nu pot pătrunde în membrană; ele intră în celulă într-un pachet de membrană. Distingeți fagocitoză și pinocitoză. Fagocitoză- captarea particulelor solide de către celulă, pinocitoza- particule lichide. Aceste procese sunt împărțite în etape:

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

Endocitoza este o modalitate de hrănire a protozoarelor. 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 CELULEI

Osmoză- proces unidirecțional de pătrundere a apei printr-o membrană semipermeabilă dintr-o regiune cu o concentrație mai mică de soluție într-o regiune 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- Aceasta 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 hipertonic.

Celulele dintr-o soluție hipertonică pierd apă și se chiresc. 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 săruri 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 intră și în compoziția majorității organitelor celulare și a nucleului, separându-le la rândul său de hialoplasmă (citosol) - partea vâscos-lichid a citoplasmei. Să fim de acord să sunăm membrana citoplasmatica una care separă conținutul celulei de mediul extern. Termenii rămași se referă la toate membranele.

Structura membranei celulare

Baza structurii membranei celulare (biologice) este 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 a moleculelor îi face să-și „ascundă” coada de apă și să-și întoarcă capetele polare către apă.

Ca urmare, se formează un strat dublu lipidic, în care cozile nepolare sunt în interior (una față de alta), iar capetele polare sunt orientate 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 (sunt lipide complexe). Capetele lor conțin un reziduu de acid fosforic. Pe lângă fosfolipide, există glicolipide (lipide + carbohidrați) și colesterol (aparține sterolilor). Acesta din urmă conferă membranei rigiditate, fiind situat în grosimea ei între cozile lipidelor rămase (colesterolul este complet hidrofob).

Datorită interacțiunii electrostatice, anumite molecule proteice sunt atașate de capetele încărcate ale lipidelor, care devin proteine ​​membranare de suprafață. Alte proteine ​​interacționează cu cozile nepolare, se scufundă parțial în stratul dublu sau îl pătrund prin și prin el.

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

aceasta model mozaic fluid al structurii membranei a fost propusă în anii 70 ai secolului XX. Înainte de aceasta, a fost presupus un model sandwich al structurii, 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 infirmat 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.

Rupele membranei celulare se îmbină cu ușurință datorită caracteristicilor fizico-chimice ale stratului dublu lipidic. În planul membranei, lipidele și proteinele (cu excepția cazului în care sunt fixate 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 aranjate 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 înoate de-a lungul stratului dublu lipidic.

Membrana celulară îndeplinește o funcție de delimitare (barieră) față de mediu și în același timp o funcție de transport. Se poate 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). Deci, de exemplu, gazele difuze (CO 2, O 2).

Există și transport împotriva gradientului de concentrație, dar cu cheltuirea energiei.

Transportul este pasiv și ușor (când este ajutat de un fel de transfer).
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. Acești purtători se leagă de moleculele transportate și le trage prin membrană.

3. Funcțiile și structura membranei citoplasmatice

Acesta este modul în care glucoza este transportată în celulele roșii din sânge.

Proteinele spanning, atunci când sunt combinate, pot 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 se realizează datorită unei modificări a conformației proteinei, datorită căreia se formează canale în membrană. Un exemplu este pompa de sodiu-potasiu.

Funcția de transport a membranei celulare eucariote se realizează și prin endocitoză (și exocitoză). Prin aceste 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). Deci endocitoza se observă la protozoare și nevertebrate inferioare; la mamifere, leucocitele și macrofagele absorb substanțe și bacterii nocive, adică endocitoza îndeplinește o funcție de protecție pentru organism.

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

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

Membrana citoplasmatică îndeplinește o funcție de receptor. Pentru a face acest lucru, pe partea sa exterioară există structuri care pot recunoaște un stimul chimic sau fizic. Unele dintre proteinele care pătrund în plasmalemă sunt conectate din exterior la lanțuri 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 același timp, canalele se pot deschide și anumite substanțe pot începe să intre în celulă sau să fie îndepărtate din ea.

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 inhibă diverse enzime ale metabolismului celular.

Funcția de receptor a membranei citoplasmatice include și 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 greutate moleculară mică, special sintetizate. Un exemplu de astfel de interacțiune este inhibarea contactului, atunci când celulele încetează să crească după ce primesc informații că spațiul liber este ocupat.

Contactele intercelulare sunt simple (membranele diferitelor celule sunt adiacente una cu cealaltă), blocare (invaginarea membranei unei celule în alta), desmozomi (când membranele sunt conectate prin fascicule 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 nerv la mușchi.

teoria celulei

În 1665, R. Hooke, examinând la microscop o tăietură dintr-un dop de copac, a găsit celule goale, pe care le-a numit „celule”. El a văzut doar cochiliile celulelor vegetale și, pentru o lungă perioadă de timp, coaja a fost considerată principala componentă structurală a celulei. În 1825 J. Purkinė 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 la acel 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 descoperit că la baza tuturor bolilor se află modificările în structura și funcția celulelor.

1.2. Teoria celulară modernă include următoarele prevederi:

1) celulă - principala unitate structurală, funcțională și genetică a organismelor vii, cea mai mică unitate a viețuitoarelor;

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 de autoreglare prin care există un flux constant de materie, energie și informații. Aceste fluxuri sunt primite aparate speciale celule care includ:

1) componentă supramembranoasă - glicocalix;

2) membrana biologică elementară sau complexul acestora;

3) complex suport submembranar-contractil al hialoplasmei;

4) sisteme anabolice și catabolice.

Componenta principală a acestui aparat este membrana 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 elementare a membranei. Conform acestui model, se bazează și pe stratul 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 lipidic (proteine ​​semi-integrale), iar unele penetrează ambele straturi lipidice (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 membranei: 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.