Мембраната е ултра фина структура, която образува повърхностите на органелите и клетката като цяло. Всички мембрани имат сходна структура и са свързани в една система.
Химичен състав
Клетъчните мембрани са химически хомогенни и се състоят от протеини и липиди от различни групи:
- фосфолипиди;
- галактолипиди;
- сулфолипиди.
Те също така съдържат нуклеинови киселини, полизахариди и други вещества.
Физични свойства
При нормални температури мембраните са в състояние на течни кристали и постоянно се колебаят. Вискозитетът им е близък до този на растителното масло.
Мембраната е възстановима, издръжлива, еластична и пореста. Дебелината на мембраната е 7 - 14 nm.
ТОП 4 статиикоито четат заедно с това
Мембраната е непропусклива за големи молекули. Малки молекули и йони могат да преминават през порите и самата мембрана под влияние на разликите в концентрацията от различните страни на мембраната, както и с помощта на транспортни протеини.
Модел
Обикновено структурата на мембраните се описва с помощта на флуиден мозаечен модел. Мембраната има рамка - два реда липидни молекули, плътно долепени една до друга, като тухли.
Ориз. 1. Биологична мембрана тип сандвич.
От двете страни повърхността на липидите е покрита с протеини. Мозаечният модел се образува от протеинови молекули, неравномерно разпределени по повърхността на мембраната.
Според степента на потапяне в билипидния слой протеиновите молекули се разделят на три групи:
- трансмембранен;
- потопени;
- повърхностен.
Протеините осигуряват основното свойство на мембраната - нейната избирателна пропускливост за различни вещества.
Видове мембрани
Всички клетъчни мембрани според локализацията могат да бъдат разделени на следните видове:
- външен;
- ядрен;
- органелни мембрани.
Външната цитоплазмена мембрана или плазмолемата е границата на клетката. Свързвайки се с елементите на цитоскелета, той запазва формата и размера си.
Ориз. 2. Цитоскелет.
Ядрената мембрана или кариолемата е границата на ядреното съдържание. Изградена е от две мембрани, много подобни на външната. Външната мембрана на ядрото е свързана с мембраните на ендоплазмения ретикулум (ER) и чрез пори с вътрешната мембрана.
ER мембраните проникват в цялата цитоплазма, образувайки повърхности, върху които се извършва синтеза на различни вещества, включително мембранни протеини.
Органелни мембрани
Повечето органели имат мембранна структура.
Стените са изградени от една мембрана:
- Комплекс Голджи;
- вакуоли;
- лизозоми
Пластидите и митохондриите са изградени от два слоя мембрани. Външната им мембрана е гладка, а вътрешната образува множество гънки.
Характеристиките на фотосинтетичните мембрани на хлоропластите са вградените молекули на хлорофила.
Животинските клетки имат въглехидратен слой на повърхността на външната им мембрана, наречен гликокаликс.
Ориз. 3. Гликокаликс.
Гликокаликсът е най-развит в клетките на чревния епител, където създава условия за храносмилане и защитава плазмалемата.
Таблица "Структура на клетъчната мембрана"
Какво научихме?
Разгледахме структурата и функциите на клетъчната мембрана. Мембраната е селективна (избирателна) бариера на клетката, ядрото и органелите. Структурата на клетъчната мембрана се описва от модела на течната мозайка. Според този модел протеиновите молекули са вградени в двуслойния слой на вискозните липиди.
Тест по темата
Оценка на доклада
Среден рейтинг: 4.5. Общо получени оценки: 270.
Клетъчната мембрана- това е клетъчната мембрана, която изпълнява следните функции: разделяне на съдържанието на клетката и външната среда, селективен транспорт на вещества (обмен с външната за клетката среда), мястото на някои биохимични реакции, обединението на клетките в тъкани и приемане.
Клетъчните мембрани се делят на плазмени (вътреклетъчни) и външни. Основното свойство на всяка мембрана е полупропускливостта, тоест способността да преминава само определени вещества. Това позволява селективен обмен между клетката и външната среда или обмен между клетъчните отделения.
Плазмените мембрани са липопротеинови структури. Липидите спонтанно образуват двуслой (двоен слой) и мембранните протеини „плуват“ в него. Мембраните съдържат няколко хиляди различни протеини: структурни, транспортни, ензимни и др. Между протеиновите молекули има пори, през които преминават хидрофилни вещества (липидният двуслой предотвратява директното им проникване в клетката). Гликозилни групи (монозахариди и полизахариди) са прикрепени към някои молекули на повърхността на мембраната, които участват в процеса на клетъчно разпознаване по време на образуването на тъкан.
Мембраните варират по дебелина, като обикновено варират от 5 до 10 nm. Дебелината се определя от размера на амфифилната липидна молекула и е 5,3 nm. По-нататъшното увеличаване на дебелината на мембраната се дължи на размера на мембранните протеинови комплекси. В зависимост от външните условия (холестеролът е регулаторът), структурата на двуслоя може да се промени, така че да стане по-гъста или течна - от това зависи скоростта на движение на веществата по протежение на мембраните.
Клетъчните мембрани включват: плазмена мембрана, кариолема, мембрани на ендоплазмения ретикулум, апарат на Голджи, лизозоми, пероксизоми, митохондрии, включвания и др.
Липидите са неразтворими във вода (хидрофобност), но разтворими в органични разтворители и мазнини (липофилност). Съставът на липидите в различните мембрани не е еднакъв. Например, плазмената мембрана съдържа много холестерол. Най-често срещаните липиди в мембраната са фосфолипиди (глицерофосфатиди), сфингомиелини (сфинголипиди), гликолипиди и холестерол.
Фосфолипидите, сфингомиелините и гликолипидите се състоят от две функционално различни части: хидрофобна неполярна, която не носи заряди - „опашки“, състоящи се от мастни киселини, и хидрофилна, съдържаща заредени полярни „глави“ - алкохолни групи (например глицерол).
Хидрофобната част на молекулата обикновено се състои от две мастни киселини. Една от киселините е наситена, а втората е ненаситена. Това определя способността на липидите спонтанно да образуват двуслойни (билипидни) мембранни структури. Мембранните липиди изпълняват следните функции: бариера, транспорт, протеинова микросреда, електрическо съпротивление на мембраната.
Мембраните се различават една от друга по своя набор от протеинови молекули. Много мембранни протеини се състоят от региони, богати на полярни (носещи заряд) аминокиселини и региони с неполярни аминокиселини (глицин, аланин, валин, левцин). Такива протеини в липидните слоеве на мембраните са разположени така, че техните неполярни участъци са сякаш потопени в "мазнината" част на мембраната, където се намират хидрофобните участъци на липидите. Полярната (хидрофилна) част на тези протеини взаимодейства с липидните глави и е обърната към водната фаза.
Биологичните мембрани имат общи свойства:
мембраните са затворени системи, които не позволяват на съдържанието на клетката и нейните отделения да се смесват. Нарушаването на целостта на мембраната може да доведе до клетъчна смърт;
повърхностна (равнинна, странична) подвижност. В мембраните има непрекъснато движение на вещества по повърхността;
мембранна асиметрия. Структурата на външния и повърхностния слой е химично, структурно и функционално разнородна.
Биологични мембрани.
Терминът "мембрана" (лат. membrana - кожа, филм) започва да се използва преди повече от 100 години за обозначаване на клетъчна граница, която служи, от една страна, като бариера между съдържанието на клетката и външната среда, и от друга, като полупропусклива преграда, през която може да преминава вода и някои вещества. Функциите на мембраната обаче не се ограничават до това,тъй като биологичните мембрани формират основата на структурната организация на клетката.
Структура на мембраната. Според този модел основната мембрана е двуслоен липиден слой, в който хидрофобните опашки на молекулите са обърнати навътре, а хидрофилните глави са обърнати навън. Липидите са представени от фосфолипиди - производни на глицерол или сфингозин. Протеините са свързани с липидния слой. Интегралните (трансмембранни) протеини проникват през мембраната и са здраво свързани с нея; периферните не проникват и са по-слабо свързани с мембраната. Функции на мембранните протеини: поддържане на структурата на мембраната, приемане и преобразуване на сигнали от околната среда. среда, транспорт на определени вещества, катализа на реакциите, протичащи върху мембраните. Дебелината на мембраната варира от 6 до 10 nm.
Свойства на мембраната:
1. Течливост. Мембраната не е твърда структура; повечето от нейните съставни протеини и липиди могат да се движат в равнината на мембраната.
2. Асиметрия. Съставът на външния и вътрешния слой както на протеините, така и на липидите е различен. В допълнение, плазмените мембрани на животинските клетки имат слой от гликопротеини отвън (гликокаликс, който изпълнява сигнални и рецепторни функции и също е важен за обединяването на клетките в тъканите)
3. Полярност. Външната страна на мембраната носи положителен заряд, докато вътрешната страна носи отрицателен заряд.
4. Селективна пропускливост. Мембраните на живите клетки, в допълнение към водата, пропускат само определени молекули и йони на разтворени вещества (използването на термина "полупропускливост" по отношение на клетъчните мембрани не е напълно правилно, тъй като тази концепция предполага, че мембраната позволява преминаването само на молекули на разтворителя, като същевременно задържа всички молекули и йони на разтворените вещества.)
Външната клетъчна мембрана (плазмалема) е ултрамикроскопичен филм с дебелина 7,5 nm, състоящ се от протеини, фосфолипиди и вода. Еластичен филм, който се намокря добре от вода и бързо възстановява целостта си след повреда. Има универсална структура, типична за всички биологични мембрани. Граничното положение на тази мембрана, нейното участие в процесите на селективна пропускливост, пиноцитоза, фагоцитоза, екскреция на екскреторни продукти и синтез, във взаимодействие със съседните клетки и защита на клетката от увреждане прави нейната роля изключително важна. Животинските клетки извън мембраната понякога са покрити с тънък слой, състоящ се от полизахариди и протеини - гликокаликс. В растителните клетки извън клетъчната мембрана има здрава клетъчна стена, която създава външна опора и поддържа формата на клетката. Състои се от фибри (целулоза), водонеразтворим полизахарид.
Клетъчната мембрана
Изображение на клетъчна мембрана. Малките сини и бели топчета съответстват на хидрофобните "глави" на фосфолипидите, а линиите, прикрепени към тях, съответстват на хидрофилните "опашки". Фигурата показва само интегрални мембранни протеини (червени глобули и жълти спирали). Жълти овални точки вътре в мембраната - холестеролови молекули Жълто-зелени вериги от мъниста от външната страна на мембраната - вериги от олигозахариди, образуващи гликокаликса
Биологичната мембрана също включва различни протеини: интегрални (проникващи през мембраната), полуинтегрални (потопени в единия край във външния или вътрешния липиден слой), повърхностни (разположени от външната или съседна на вътрешната страна на мембраната). Някои протеини са точките на контакт между клетъчната мембрана и цитоскелета вътре в клетката и клетъчната стена (ако има такава) отвън. Някои от интегралните протеини функционират като йонни канали, различни транспортери и рецептори.
Функции
- бариера - осигурява регулиран, селективен, пасивен и активен метаболизъм с околната среда. Например пероксизомната мембрана предпазва цитоплазмата от пероксиди, които са опасни за клетката. Селективната пропускливост означава, че пропускливостта на мембраната за различни атоми или молекули зависи от техния размер, електрически заряд и химични свойства. Селективната пропускливост гарантира, че клетката и клетъчните отделения са отделени от околната среда и снабдени с необходимите вещества.
- транспорт - транспортирането на вещества в и извън клетката става през мембраната. Транспортът през мембраните осигурява: доставка на хранителни вещества, отстраняване на крайните метаболитни продукти, секреция на различни вещества, създаване на йонни градиенти, поддържане на оптимални концентрации на йони в клетката, необходими за функционирането на клетъчните ензими.
Частици, които по някаква причина не могат да преминат през фосфолипидния двоен слой (например поради хидрофилни свойства, тъй като мембраната вътре е хидрофобна и не позволява на хидрофилните вещества да преминат през нея, или поради големия им размер), но необходими за клетката , могат да проникнат през мембраната чрез специални протеини-носители (транспортери) и канални протеини или чрез ендоцитоза.
При пасивния транспорт веществата преминават през липидния двоен слой, без да изразходват енергия по концентрационен градиент чрез дифузия. Вариант на този механизъм е улеснена дифузия, при която специфична молекула помага на веществото да премине през мембраната. Тази молекула може да има канал, който пропуска само един вид вещество.
Активният транспорт изисква енергия, тъй като се извършва срещу градиент на концентрация. На мембраната има специални помпени протеини, включително АТФаза, която активно изпомпва калиеви йони (K+) в клетката и изпомпва натриеви йони (Na+) от нея. - матрица - осигурява определено относително положение и ориентация на мембранните протеини, тяхното оптимално взаимодействие.
- механичен - осигурява автономността на клетката, нейните вътреклетъчни структури, както и връзката с други клетки (в тъканите). Основна роля за осигуряване на механичната функция играят клетъчните стени, а при животните - междуклетъчното вещество.
- енергия - по време на фотосинтезата в хлоропластите и клетъчното дишане в митохондриите в техните мембрани работят системи за пренос на енергия, в които участват и протеини;
- рецептор - някои протеини, разположени в мембраната, са рецептори (молекули, с помощта на които клетката възприема определени сигнали).
Например, хормоните, циркулиращи в кръвта, действат само върху целевите клетки, които имат рецептори, съответстващи на тези хормони. Невротрансмитерите (химични вещества, които осигуряват провеждането на нервните импулси) също се свързват със специални рецепторни протеини в целевите клетки. - ензимни - мембранните протеини често са ензими. Например, плазмените мембрани на чревните епителни клетки съдържат храносмилателни ензими.
- осъществяване на генериране и провеждане на биопотенциали.
С помощта на мембраната се поддържа постоянна концентрация на йони в клетката: концентрацията на K+ йон вътре в клетката е много по-висока, отколкото навън, а концентрацията на Na+ е много по-ниска, което е много важно, тъй като това гарантира поддържането на потенциалната разлика върху мембраната и генерирането на нервен импулс. - клетъчно маркиране - върху мембраната има антигени, които действат като маркери - "етикети", които позволяват клетката да бъде идентифицирана. Това са гликопротеини (т.е. протеини с прикрепени към тях разклонени олигозахаридни странични вериги), които играят ролята на „антени“. Поради безбройните конфигурации на страничните вериги е възможно да се направи специфичен маркер за всеки тип клетка. С помощта на маркери клетките могат да разпознават други клетки и да действат съвместно с тях, например при образуването на органи и тъкани. Това също позволява на имунната система да разпознава чужди антигени.
Структура и състав на биомембраните
Мембраните са съставени от три класа липиди: фосфолипиди, гликолипиди и холестерол. Фосфолипидите и гликолипидите (липиди с прикрепени въглехидрати) се състоят от две дълги хидрофобни въглеводородни опашки, които са свързани към заредена хидрофилна глава. Холестеролът придава твърдост на мембраната, като заема свободното пространство между хидрофобните опашки на липидите и ги предпазва от огъване. Следователно мембраните с ниско съдържание на холестерол са по-гъвкави, а тези с високо съдържание на холестерол са по-твърди и крехки. Холестеролът също така служи като "запушалка", която предотвратява движението на полярните молекули от клетката и в клетката. Важна част от мембраната се състои от протеини, които проникват в нея и са отговорни за различните свойства на мембраните. Техният състав и ориентация се различават в различните мембрани.
Клетъчните мембрани често са асиметрични, т.е. слоевете се различават по липидния състав, преминаването на отделна молекула от един слой в друг (т.нар. джапанка) трудно е.
Мембранни органели
Това са затворени единични или свързани помежду си участъци от цитоплазмата, отделени от хиалоплазмата чрез мембрани. Едномембранните органели включват ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи, лизозоми, вакуоли, пероксизоми; до двойни мембрани – ядро, митохондрии, пластиди. Структурата на мембраните на различни органели се различава в състава на липидите и мембранните протеини.
Селективна пропускливост
Клетъчните мембрани имат селективна пропускливост: през тях бавно дифундират глюкоза, аминокиселини, мастни киселини, глицерол и йони, а самите мембрани до известна степен активно регулират този процес - някои вещества преминават, но други не. Има четири основни механизма за навлизане на вещества в клетката или тяхното отстраняване от клетката навън: дифузия, осмоза, активен транспорт и екзо- или ендоцитоза. Първите два процеса са пасивни по природа, тоест не изискват енергийни разходи; последните два са активни процеси, свързани с потреблението на енергия.
Селективната пропускливост на мембраната при пасивен транспорт се дължи на специални канали - интегрални протеини. Те проникват през мембраната, образувайки своеобразен проход. Елементите K, Na и Cl имат свои собствени канали. Спрямо градиента на концентрацията, молекулите на тези елементи се движат навътре и извън клетката. При дразнене натриевите йонни канали се отварят и се получава внезапен приток на натриеви йони в клетката. В този случай възниква дисбаланс на мембранния потенциал. След което мембранният потенциал се възстановява. Калиевите канали са винаги отворени, което позволява на калиевите йони бавно да навлизат в клетката.
Вижте също
Литература
- Антонов V.F., Смирнова E.N., Шевченко E.V.Липидни мембрани по време на фазови преходи. - М.: Наука, 1994.
- Дженис Р.Биомембрани. Молекулярна структура и функции: превод от английски. = Биомембрани. Молекулярна структура и функция (от Robert B. Gennis). - 1-во издание. - М.: Мир, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
- Иванов В. Г., Берестовски Т. Н.Липиден двуслой на биологични мембрани. - М.: Наука, 1982.
- Рубин А. Б.Биофизика, учебник в 2 т. - 3-то издание, коригирано и разширено. - М .: Издателство на Московския университет, 2004 г. -
Клетъчната мембрана е равнинната структура, от която е изградена клетката. Присъства във всички организми. Неговите уникални свойства осигуряват жизнената активност на клетките.
Видове мембрани
Има три вида клетъчни мембрани:
- външен;
- ядрен;
- органелни мембрани.
Външната цитоплазмена мембрана създава границите на клетката. Не трябва да се бърка с клетъчната стена или мембраната, открита в растенията, гъбите и бактериите.
Разликата между клетъчната стена и клетъчната мембрана е значително по-голямата й дебелина и преобладаването на защитната функция над обменната. Мембраната се намира под клетъчната стена.
Ядрената мембрана отделя съдържанието на ядрото от цитоплазмата.
ТОП 4 статиикоито четат заедно с това
Сред клетъчните органели има такива, чиято форма се формира от една или две мембрани:
- митохондриите;
- пластиди;
- вакуоли;
- Комплекс Голджи;
- лизозоми;
- ендоплазмен ретикулум (ER).
Структура на мембраната
Според съвременните концепции структурата на клетъчната мембрана се описва с помощта на модел на течна мозайка. Основата на мембраната е билипиден слой - две нива от липидни молекули, образуващи равнина. От двете страни на билипидния слой има протеинови молекули. Някои протеини са вградени в билипидния слой, други преминават през него.
Ориз. 1. Клетъчна мембрана.
Животинските клетки имат комплекс от въглехидрати на повърхността на мембраната. При изследване на клетка под микроскоп беше отбелязано, че мембраната е в постоянно движение и е разнородна по структура.
Мембраната е мозайка както в морфологичен, така и във функционален смисъл, тъй като различните й участъци съдържат различни вещества и имат различни физиологични свойства.
Свойства и функции
Всяка гранична структура изпълнява защитни и обменни функции. Това важи за всички видове мембрани.
Изпълнението на тези функции се улеснява от такива свойства като:
- пластмаса;
- висока способност за възстановяване;
- полупропускливост.
Свойството на полупропускливостта е, че някои вещества не преминават през мембраната, докато други преминават свободно. Така се осъществява контролната функция на мембраната.
Също така външната мембрана осигурява комуникация между клетките поради множество израстъци и освобождаване на адхезивно вещество, което запълва междуклетъчното пространство.
Пренос на вещества през мембраната
Веществата навлизат през външната мембрана по следните начини:
- през порите с помощта на ензими;
- директно през мембраната;
- пиноцитоза;
- фагоцитоза.
Първите два метода се използват за транспортиране на йони и малки молекули. Големите молекули влизат в клетката чрез пиноцитоза (в течна форма) и фагоцитоза (в твърда форма).
Ориз. 2. Схема на пино- и фагоцитоза.
Мембраната се увива около частицата храна и я заключва в храносмилателната вакуола.
Водата и йоните преминават в клетката без разход на енергия, чрез пасивен транспорт. Големите молекули се движат чрез активен транспорт, консумирайки енергийни ресурси.
Вътреклетъчен транспорт
От 30% до 50% от обема на клетката е зает от ендоплазмения ретикулум. Това е вид система от кухини и канали, която свързва всички части на клетката и осигурява организиран вътреклетъчен транспорт на вещества.
Оценка на доклада
Среден рейтинг: 4.7. Общо получени оценки: 190.