Plazemska membrana: funkcije, struktura

Celica je že dolgo opredeljena kot strukturna enota vseh živih bitij. In to je res. Navsezadnje milijarde teh struktur, kot so opeke, tvorijo rastline in živali, bakterije in mikroorganizme, človek. Vsak organ, tkivo, sistem telesa - vse je zgrajeno iz celic.

Zato je zelo pomembno, da poznamo vse subtilnosti njene notranje strukture, kemijske sestave in biokemičnih reakcij, ki se dogajajo. V tem članku upoštevamo, kaj je plazemska membrana, funkcije, ki jih opravlja, in strukturo.

Celice organelov

Organele imenujemo najmanjši strukturni deli, ki so znotraj celice in zagotavljajo njegovo strukturo in aktivnost. Ti vključujejo številne različne predstavnike:

1. Plazemska membrana.
2. Jedro in nukleoli s kromosomskim materialom.
3. Citoplazma z vključki.
4. Lizosomi.
5. Mitohondriji.
6. EPS (endoplazmatski retikulum).
7. Kompleks Golgi.
8. Ribosomi.
9. Vacuoles in kloroplasti, če je rastlinska celica.

Vsaka od teh struktur ima svojo kompleksno strukturo, ki jo oblikuje mornarica (visoko-molekularne snovi), izvaja strogo določene funkcije in sodeluje v kompleksu biokemičnih reakcij, ki zagotavljajo vitalno aktivnost celotnega organizma.

Celotna struktura membrane

Struktura plazemske membrane je bila raziskana že od XVIII. Stoletja. Takrat je bila najprej odkrita njena sposobnost selektivnega preskakovanja ali odlašanja snovi. Z razvojem mikroskopije je študija fine strukture in strukture membrane postala bolj možna, zato je danes o njem znano skoraj vse.

Sinonim za njegovo glavno ime je plazemska membrana. Sestavo plazemske membrane predstavljajo tri glavne vrste IUV:

• veverice;
• lipidi;
• ogljikovih hidratov.

Razmerje teh spojin in lokacije se lahko razlikuje od celic različnih organizmov (rastlinskih, živalskih ali bakterijskih).

Tekočinski mozaični model strukture

Mnogi znanstveniki so poskušali domnevati, kako se lipidi in proteini nahajajo v membrani. Šele leta 1972 so znanstveniki Singer in Nicholson predlagali relevanten in danes model, ki odraža strukturo plazemske membrane. Imenuje se tekoči mozaik, njegova bistvo pa je naslednja: različne vrste lipidov so razporejene v dveh slojih, ki se usmerjajo s hidrofobnimi konci molekul navznoter, in hidrofilne narave navzven. Hkrati je celotna struktura, kot mozaik, prežeta z neenakimi vrstami beljakovinskih molekul, kot tudi majhna količina heksoze (ogljikovih hidratov).

Celoten predlagani sistem je v konstantni dinamiki. Beljakovine ne morejo samo prodreti skozi plasti dvoslojne žleze, temveč tudi usmeriti eno od njenih strani, tako da jo vdelajo navznoter. Ali na splošno prosto "hodi" na membrano, spreminjanje lokacije.

Dokazi v obrambi in utemeljitvi te teorije so podatki mikroskopske analize. V črno-belih fotografijah so plasti membrane jasno vidne, zgornji in spodnji sloji sta enako temni, sredina pa svetlejša. Opravili smo tudi vrsto poskusov, ki dokazujejo, da plasti temeljijo prav na lipidih in beljakovinah.

Plazemski membranski proteini

Če upoštevamo odstotek lipidov in beljakovin v membrani rastlinska celica, potem bo približno enaka - 40/40%. Pri živalski plazemalizmi do 60% predstavljajo beljakovine, v bakterijskih - do 50%.

Plazemska membrana je sestavljena iz različnih vrst beljakovin, funkcije posameznih od njih pa so tudi specifične.

1. Periferne molekule. To so proteini, ki so usmerjeni na površino notranjih ali zunanjih delov lipidnega dvosloja. Glavni tipi interakcij med strukturo molekule in plasti so:

• vodikove vezi;
• ionske interakcije ali solni mostovi;
• elektrostatična privlačnost.

Sami periferni proteini so vodotopne spojine, zato jih je enostavno ločiti od plazemske membrane. Katere snovi spadajo v te strukture? Najpogostejši in številnejši fibrilarni proteinski spektrin. V masi vseh membranskih beljakovin je lahko do 75% v posameznih celičnih plazemih.

Zakaj so potrebne in kako je plazemska membrana odvisna od njih? Funkcije so naslednje:

• tvorbo citoskeleta celice;
• ohranjanje stalne oblike;
• omejevanje prekomerne mobilnosti integralnih beljakovin;
• koordinacija in izvajanje ionskega transporta skozi plazmolemo;
• Lahko je povezan z oligosaharidnimi verigami in sodeluje pri transdukciji receptorskega signala od in do membrane.

2. Pol-integralne beljakovine. Takšne molekule so tiste, ki so potopljene v lipidni dvosloj popolnoma ali pol na različnih globinah. Primeri vključujejo bakteriorodopsin, citokrom oksidazo in druge. Imenujejo se tudi "zasidrane" beljakovine, to je, kot da so pritrjene znotraj plasti. S čim se lahko dotaknejo in zaradi katerih se ukoreninijo in se držijo? Najpogosteje zaradi posebnih molekul, ki so lahko miristične ali palmitinske kisline, izopren ali steroli. Na primer, v plazemski membrani živali obstajajo pol-integralni proteini, povezani s holesterolom. V rastlinah in bakterijah, kot je še ni bilo mogoče najti.

3 Integralne beljakovine. Eden od najpomembnejših v plazmi. To so strukture, ki tvorijo podobne kanale, skozi katere skozi oba lipidna sloja. Prek teh poti mnoge celice vstopijo v celico, tako da lipidi ne preidejo. Zato je glavna vloga integralnih struktur oblikovanje ionskih kanalov za transport.

Obstajata dve vrsti pronicanja lipidov:

• monotopic - enkrat;
• polytopic - na več mestih.

Različne integralne beljakovine vključujejo glikoforin, proteolipide, proteoglikane in druge. Vsi so netopni v vodi in tesno vdelani v lipidno plast, zato jih je nemogoče odstraniti, ne da bi poškodovali strukturo plazemske membrane. Glede na njihovo strukturo, te globularne beljakovine, njihov hidrofobni konec se nahaja znotraj lipidne plasti, hidrofilen pa nad njim in se lahko dvigne nad celotno strukturo. Kakšne interakcije imajo celostni proteini znotraj? Pri tem jim pomagajo hidrofobne privlačnosti radikalov maščobnih kislin.

Tako obstaja več različnih molekul beljakovin, ki vključujejo plazemsko membrano. Strukturo in funkcije teh molekul lahko združimo v več splošnih točk.

1. Strukturne periferne beljakovine.
2. Katalitski encimski proteini (pol-integral in integral).
3. Receptor (periferni, integralni).
4. Transport (integral).

Plasmalemma lipidi

Tekoči lipidni dvosloj, ki predstavlja plazemsko membrano, je lahko zelo mobilen. Dejstvo je, da lahko različne molekule prehajajo iz zgornje plasti v nižjo in obratno, torej je struktura dinamična. Takšni prehodi imajo svoje ime v znanosti - "flip-flop". Nastal je iz imena encima, ki katalizira procese prestrukturiranja molekul znotraj enega samega monosloja ali od vrha do dna in nazaj, flipaze.

Količina lipidov, ki jo vsebuje celična plazemska membrana, je približno enaka številu beljakovin. Raznolikost vrst je široka. Razlikujemo naslednje glavne skupine:

• fosfolipidi;
• sfingofosfolipidi;
• glikolipidi;
• holesterola.

Takšne molekule kot glicerofosfolipidi in sfingomyelini spadajo v prvo skupino fosfolipidov. Te molekule tvorijo osnovo membranskega dvosloja. Hidrofobni konci spojin so usmerjeni znotraj plasti, hidrofilni se konča. Primeri povezave:

• fosfatidilholin;
• fosfatidilserin;
• kardiolipin;
• fosfatidilinozitol;
• sphingomyelin;
• fosfatidilglicerol;
• fosfatidiletanolamina.

Za preučevanje teh molekul se uporablja metoda za uničenje membranske plasti v nekaterih delih fosfolipaze - posebnega encima, ki katalizira proces razgradnje fosfolipidov.

Funkcije navedenih spojin so naslednje: t

1. Navedite celotno strukturo in strukturo plazma membranskega dvosloja.
2. V stiku z beljakovinami na površini in v notranjosti plasti.
3. Določimo agregatno stanje, ki ga bo imela plazemska membrana celice v različnih temperaturnih pogojih.
4. Sodelujte v omejeni prepustnosti plazemske leme za različne molekule.
5. Oblikujte različne vrste interakcij celične membrane medsebojno (desmosome, razpokan prostor, tesen stik).

Sfingofosfolipidi in membranski glikolipidi

Po svoji kemijski naravi so sfingomyelini ali sfingofosfolipidi derivati ​​amino alkoholnega sfingosina. Skupaj s fosfolipidi sodelujejo pri nastajanju dvokomponentne plasti membrane.

Glikolipidi vključujejo glikokaliks - snov, ki v veliki meri določa lastnosti plazemske membrane. Gre za želatinasto spojino, ki sestoji pretežno iz oligosaharidov. Glycocalyx ima 10% celotne mase plazemske membrane. Plazemska membrana, struktura in funkcije, ki jih opravlja, je neposredno povezana s to snovjo. Glikokaliks na primer zagotavlja:

• funkcija membranskega markerja;
• receptor;
• procesi parietalne prebave delcev v celici.

Treba je opozoriti, da je prisotnost lipidnega glikokaliksa značilna samo za živalske celice, ne pa tudi za rastline, bakterije in glive.

Holesterol (sterolska membrana)

Je pomemben del celičnega dvosloja pri sesalcih. V rastlinah se ne pojavlja tudi v bakterijah in glivah. S kemičnega vidika je alkohol, cikličen, monomat.

Poleg drugih lipidov ima tudi lastnosti amfifilnosti (prisotnost hidrofilnega in hidrofobnega konca molekule). V membrani igra pomembno vlogo kot omejevalnik in dvoslojni krmilnik pretoka. Prav tako sodeluje pri proizvodnji vitamina D, je sokrivka pri oblikovanju spolnih hormonov.

V rastlinskih celicah so prisotni fitosteroli, ki ne sodelujejo pri tvorbi živalskih membran. Po nekaterih podatkih je znano, da te snovi zagotavljajo odpornost rastlin na določene vrste bolezni.

Plazemsko membrano tvorijo holesterol in drugi lipidi v splošnem interakcijskem kompleksu.

Membranski ogljikovi hidrati

Ta skupina snovi predstavlja približno 10% celotne sestave plazemsko-membranskih spojin. V preprosti obliki ne najdemo mono-, di-, polisaharidov, ampak le v obliki glikoproteinov in glikolipidov.

Njihove funkcije so nadzorovanje inter-in medceličnih interakcij, vzdrževanje določene strukture in položaja beljakovinskih molekul v membrani, kot tudi izvajanje sprejema.

Glavne funkcije plazemske membrane

Vloga plazemske membrane v celici je zelo velika. Njegove funkcije so večstranske in pomembne. Razmislite o njih bolj podrobno.

1. Razmejuje vsebino celice od okolja in jo varuje pred zunanjimi vplivi. Zaradi prisotnosti membrane se kemična sestava citoplazme in njena vsebina vzdržuje na konstantni ravni.
2. Plasmalemma vsebuje številne beljakovine, ogljikove hidrate in lipide, ki dajejo in podpirajo določeno obliko celic.
3. Membrana ima vsako celično organelo, ki se imenuje membranski mehurček.
4. Sestava sestavine plazemske membrane omogoča, da igra vlogo "varuha" celice, ki opravlja selektivni prevoz v njej.
5. Receptorji, encimi, biološko aktivne snovi delujejo v celici in prodrejo vanje, sodelujejo s površinsko membrano le zaradi membranskih beljakovin in lipidov.
6. Preko plazemske membrane se prenašajo ne le spojine različne narave, temveč tudi ioni, pomembni za življenje (natrij, kalij, kalcij in drugi).
7. Membrana ohranja osmotsko ravnovesje zunaj in znotraj celice.
8. S pomočjo plazmaleme prenos ionov in spojin različne narave, elektronov, hormonov iz citoplazme v organele.
9. Skozi to pride do absorpcije sončne svetlobe v obliki kvantov in prebujenja signalov v celici.
10. Prav ta struktura generira impulze delovanja in počitka.
11. Mehanska zaščita celice in njenih struktur pred majhnimi deformacijami in fizičnimi vplivi.
12. Celična adhezija, to je adhezija, in njihovo držanje blizu drug drugega, se izvaja tudi z membrano.

Celični plazmalemi in citoplazma sta zelo tesno povezani. Plazemska membrana je v tesnem stiku z vsemi snovmi in molekulami, ioni, ki prodrejo v celico in se prosto nahajajo v viskoznem notranjem okolju. Te spojine poskušajo priti v vse celične strukture, vendar je pregrada le membrana, ki lahko sama opravlja različne vrste transporta. Ali ne preskočite nekaterih vrst povezav.

Vrste transporta po celični pregradi

Prenos skozi plazemsko membrano poteka na več načinov, ki jih združuje ena skupna fizikalna lastnost - zakon difuzije snovi.

1. Pasivni transport ali difuzija in osmoza. To pomeni prosti pretok ionov in topila skozi membrano vzdolž gradienta iz območja z visoko koncentracijo v območje z nizko koncentracijo. Ne zahteva porabe energije, saj teče sama od sebe. To je učinek natrijeve črpalke, spremembe kisika in ogljikovega dioksida med dihanjem, sproščanje glukoze v kri in tako naprej. Pojav olajšane difuzije je zelo pogost. Ta postopek pomeni prisotnost katerekoli pomožne snovi, ki se drži želene spojine, in jo vleče po proteinskem kanalu ali skozi lipidno plast v celico.
2. Aktivni transport pomeni porabo energije za absorpcijo in izločanje skozi membrano. Obstajata dva glavna načina: eksocitoza - odstranitev molekul in ionov na zunaj. Endocitoza - zajemanje in zadrževanje v celicah trdnih in tekočih delcev. Druga metoda aktivnega prevoza pa vključuje dve vrsti procesov. Fagocitoza, ki jo sestavljata pogoltnitev trdnih molekul, snovi, spojin in ionov z membrano vezikul in njihovo nošenje v celici. Med tem postopkom nastajajo veliki vezikli. V nasprotju s tem se pinocitoza sestoji iz absorpcije kapljic tekočin, topil in drugih snovi, ki jih prenašajo v celico. Vključuje nastanek majhnih mehurčkov.

Oba procesa - pinocitoza in fagocitoza - imata pomembno vlogo ne le pri transportu spojin in tekočin, ampak tudi pri varovanju celic pred ostanki odmrlih celic, mikroorganizmov in škodljivih spojin. Lahko rečemo, da so ti načini aktivnega prevoza tudi različice imunološke zaščite celice in njenih struktur pred različnimi nevarnostmi.