Blandt Cellemembranens hovedfunktioner kan skelnes: barriere, transport, enzymatisk og receptor. Den cellulære (biologiske) membran (også kendt som plasmalemma, plasma eller cytoplasmatisk membran) beskytter indholdet af cellen eller dens organeller mod miljøet, giver selektiv permeabilitet for stoffer, enzymer er placeret på den, såvel som molekyler, der kan "fange ” forskellige kemiske og fysiske signaler.
Denne funktionalitet sikres af cellemembranens særlige struktur.
I livets udvikling på Jorden kunne en celle generelt kun dannes efter fremkomsten af en membran, som adskilte og stabiliserede det indre indhold og forhindrede dem i at gå i opløsning.
Med hensyn til at opretholde homeostase (selvregulering af det indre miljøs relative konstanthed) cellemembranens barrierefunktion er tæt forbundet med transport.
Små molekyler er i stand til at passere gennem plasmalemmaet uden nogen "hjælpere", langs en koncentrationsgradient, det vil sige fra et område med en høj koncentration af et givet stof til et område med en lav koncentration. Dette er for eksempel tilfældet for gasser involveret i respiration. Ilt og kuldioxid diffunderer gennem cellemembranen i den retning, hvor deres koncentration i øjeblikket er lavere.
Da membranen for det meste er hydrofob (på grund af lipid-dobbeltlaget), kan polære (hydrofile) molekyler, selv små, ofte ikke trænge igennem den. Derfor fungerer en række membranproteiner som bærere af sådanne molekyler, binder til dem og transporterer dem gennem plasmalemmaet.
Integrale (membrangennemtrængende) proteiner fungerer ofte efter princippet om at åbne og lukke kanaler. Når et molekyle nærmer sig et sådant protein, binder det sig til det, og kanalen åbner sig. Dette eller et andet stof passerer gennem proteinkanalen, hvorefter dets konformation ændres, og kanalen lukker til dette stof, men kan åbne sig for at tillade passage af et andet. Natrium-kalium-pumpen arbejder efter dette princip, pumper kaliumioner ind i cellen og pumper natriumioner ud af den.
Enzymatisk funktion af cellemembranen i højere grad realiseret på celleorganellers membraner. De fleste proteiner syntetiseret i cellen udfører en enzymatisk funktion. "Sidder" på membranen i en bestemt rækkefølge organiserer de en transportør, når reaktionsproduktet katalyseret af et enzymprotein går videre til det næste. Denne "transportør" stabiliseres af overfladeproteiner i plasmalemmaet.
På trods af universaliteten af strukturen af alle biologiske membraner (de er bygget efter et enkelt princip, de er næsten identiske i alle organismer og i forskellige membrancellestrukturer), kan deres kemiske sammensætning stadig variere. Der er mere flydende og mere faste, nogle har flere af visse proteiner, andre har mindre. Derudover er forskellige sider (indre og ydre) af den samme membran også forskellige.
Membranen, der omgiver cellen (cytoplasmatisk) på ydersiden, har mange kulhydratkæder knyttet til lipider eller proteiner (hvilket resulterer i dannelsen af glykolipider og glykoproteiner). Mange af disse kulhydrater tjener receptor funktion, der er modtagelig for visse hormoner, detekterer ændringer i fysiske og kemiske indikatorer i miljøet.
Hvis for eksempel et hormon forbindes med dets cellulære receptor, så ændrer kulhydratdelen af receptormolekylet sin struktur, efterfulgt af en ændring i strukturen af den tilhørende proteindel, der trænger ind i membranen. På næste trin startes eller suspenderes forskellige biokemiske reaktioner i cellen, dvs. dens stofskifte ændres, og en cellulær reaktion på "stimulus" begynder.
Ud over cellemembranens anførte fire funktioner skelnes der også andre: matrix, energi, mærkning, dannelse af intercellulære kontakter osv. De kan dog betragtes som "underfunktioner" af de allerede overvejede.
Cellemembranen (plasmamembranen) er en tynd, semipermeabel membran, der omgiver celler.
Cellemembranens funktion og rolle
Dens funktion er at beskytte integriteten af det indre ved at tillade nogle væsentlige stoffer ind i cellen og forhindre andre i at komme ind.
Det tjener også som grundlag for tilknytning til nogle organismer og til andre. Plasmamembranen giver således også cellens form. En anden funktion af membranen er at regulere cellevækst gennem balance og.
Ved endocytose fjernes lipider og proteiner fra cellemembranen, efterhånden som stoffer absorberes. Under exocytose smelter vesikler indeholdende lipider og proteiner sammen med cellemembranen, hvilket øger cellestørrelsen. , og svampeceller har plasmamembraner. Indvendige er for eksempel også indesluttet i beskyttende membraner.
Cellemembranstruktur
Plasmamembranen er hovedsageligt sammensat af en blanding af proteiner og lipider. Afhængigt af membranens placering og rolle i kroppen kan lipider udgøre 20 til 80 procent af membranen, mens resten er proteiner. Mens lipider er med til at give membranen fleksibilitet, kontrollerer og vedligeholder proteiner cellens kemi og hjælper med transporten af molekyler over membranen.
Membranlipider
Fosfolipider er hovedkomponenten i plasmamembraner. De danner et lipid-dobbeltlag, hvori de hydrofile (vandtiltrukne) hovedområder spontant organiserer sig mod den vandige cytosol og den ekstracellulære væske, mens de hydrofobe (vandafstødende) haleområder vender væk fra cytosolen og den ekstracellulære væske. Lipid-dobbeltlaget er semipermeabelt, hvilket kun tillader nogle molekyler at diffundere hen over membranen.
Kolesterol er en anden lipidkomponent i dyrecellemembraner. Kolesterolmolekyler er selektivt spredt mellem membranfosfolipider. Dette hjælper med at opretholde stivheden af cellemembraner ved at forhindre fosfolipider i at blive for tætte. Kolesterol er fraværende i plantecellemembraner.
Glycolipider er placeret på den ydre overflade af cellemembraner og er forbundet med dem af en kulhydratkæde. De hjælper cellen med at genkende andre celler i kroppen.
Membranproteiner
Cellemembranen indeholder to typer associerede proteiner. Proteiner i den perifere membran er eksterne og er forbundet med det ved at interagere med andre proteiner. Integrale membranproteiner indføres i membranen og de fleste passerer igennem. Dele af disse transmembrane proteiner er placeret på begge sider af det.
Plasmamembranproteiner har en række forskellige funktioner. Strukturelle proteiner giver støtte og form til celler. Membranreceptorproteiner hjælper celler med at kommunikere med deres ydre miljø ved hjælp af hormoner, neurotransmittere og andre signalmolekyler. Transportproteiner, såsom kugleformede proteiner, transporterer molekyler over cellemembraner ved lettet diffusion. Glykoproteiner har en kulhydratkæde knyttet til dem. De er indlejret i cellemembranen og hjælper med udveksling og transport af molekyler.
Organelle membraner
Nogle cellulære organeller er også omgivet af beskyttende membraner. kerne,
9.5.1. En af membranernes hovedfunktioner er deltagelse i overførsel af stoffer. Denne proces opnås gennem tre hovedmekanismer: simpel diffusion, faciliteret diffusion og aktiv transport (figur 9.10). Husk de vigtigste træk ved disse mekanismer og eksempler på de stoffer, der transporteres i hvert enkelt tilfælde.
Figur 9.10. Mekanismer for transport af molekyler over membranen
Enkel diffusion- overførsel af stoffer gennem membranen uden deltagelse af særlige mekanismer. Transport foregår langs en koncentrationsgradient uden energiforbrug. Ved simpel diffusion transporteres små biomolekyler - H2O, CO2, O2, urinstof, hydrofobe lavmolekylære stoffer. Hastigheden af simpel diffusion er proportional med koncentrationsgradienten.
Faciliteret diffusion- overførsel af stoffer over membranen ved hjælp af proteinkanaler eller specielle bærerproteiner. Det udføres langs en koncentrationsgradient uden energiforbrug. Monosaccharider, aminosyrer, nukleotider, glycerol og nogle ioner transporteres. Mætningskinetikken er karakteristisk - ved en vis (mættende) koncentration af det transporterede stof deltager alle bærerens molekyler i overførslen, og transporthastigheden når en maksimal værdi.
Aktiv transport- kræver også deltagelse af specielle transportproteiner, men transport sker mod koncentrationsgradienten og kræver derfor energiforbrug. Ved hjælp af denne mekanisme transporteres Na+, K+, Ca2+, Mg2+ ioner gennem cellemembranen, og protoner transporteres gennem mitokondriemembranen. Aktiv transport af stoffer er karakteriseret ved mætningskinetik.
9.5.2. Et eksempel på et transportsystem, der udfører aktiv transport af ioner, er Na+,K+-adenosintriphosphatase (Na+,K+-ATPase eller Na+,K+-pumpe). Dette protein er placeret dybt i plasmamembranen og er i stand til at katalysere reaktionen af ATP-hydrolyse. Den energi, der frigives under hydrolysen af 1 ATP-molekyle, bruges til at overføre 3 Na+ ioner fra cellen til det ekstracellulære rum og 2 K+ ioner i den modsatte retning (Figur 9.11). Som følge af virkningen af Na+,K+-ATPase skabes en koncentrationsforskel mellem cellecytosolen og den ekstracellulære væske. Da overførslen af ioner ikke er ækvivalent, opstår der en elektrisk potentialforskel. Der opstår således et elektrokemisk potentiale, som består af energien af forskellen i elektriske potentialer Δφ og energien af forskellen i koncentrationerne af stoffer ΔC på begge sider af membranen.
Figur 9.11. Na+, K+ pumpediagram.
9.5.3. Transport af partikler og højmolekylære forbindelser over membraner
Sammen med transporten af organiske stoffer og ioner udført af bærere, er der en helt særlig mekanisme i cellen designet til at absorbere højmolekylære forbindelser ind i cellen og fjerne højmolekylære forbindelser fra den ved at ændre formen på biomembranen. Denne mekanisme kaldes vesikulær transport.
Figur 9.12. Typer af vesikulær transport: 1 - endocytose; 2 - exocytose.
Under overførslen af makromolekyler sker sekventiel dannelse og sammensmeltning af membranomgivne vesikler (vesikler). Baseret på transportretningen og arten af de transporterede stoffer skelnes der mellem følgende typer af vesikulær transport:
Endocytose(Figur 9.12, 1) - overførsel af stoffer ind i cellen. Afhængigt af størrelsen af de resulterende vesikler skelnes de:
EN) pinocytose — absorption af flydende og opløste makromolekyler (proteiner, polysaccharider, nukleinsyrer) ved hjælp af små bobler (150 nm i diameter);
b) fagocytose — absorption af store partikler, såsom mikroorganismer eller cellerester. I dette tilfælde dannes store vesikler kaldet fagosomer med en diameter på mere end 250 nm.
Pinocytose er karakteristisk for de fleste eukaryote celler, mens store partikler absorberes af specialiserede celler - leukocytter og makrofager. I det første stadium af endocytose adsorberes stoffer eller partikler på overfladen af membranen; denne proces sker uden energiforbrug. I det næste trin dybere membranen med det adsorberede stof ind i cytoplasmaet; de resulterende lokale invaginationer af plasmamembranen løsnes fra celleoverfladen og danner vesikler, som derefter migrerer ind i cellen. Denne proces er forbundet med et system af mikrofilamenter og er energiafhængig. De vesikler og fagosomer, der kommer ind i cellen, kan smelte sammen med lysosomer. Enzymer indeholdt i lysosomer nedbryder stoffer indeholdt i vesikler og fagosomer til produkter med lav molekylvægt (aminosyrer, monosaccharider, nukleotider), som transporteres ind i cytosolen, hvor de kan bruges af cellen.
Exocytose(Figur 9.12, 2) - overførsel af partikler og store forbindelser fra cellen. Denne proces, ligesom endocytose, sker med absorption af energi. De vigtigste typer af exocytose er:
EN) sekretion - fjernelse fra cellen af vandopløselige forbindelser, der bruges eller påvirker andre celler i kroppen. Det kan udføres både af uspecialiserede celler og af celler i de endokrine kirtler, slimhinden i mave-tarmkanalen, tilpasset til udskillelsen af de stoffer, de producerer (hormoner, neurotransmittere, proenzymer) afhængigt af kroppens specifikke behov.
Udskilte proteiner syntetiseres på ribosomer forbundet med membranerne i det ru endoplasmatiske reticulum. Disse proteiner transporteres derefter til Golgi-apparatet, hvor de modificeres, koncentreres, sorteres og derefter pakkes i vesikler, som frigives til cytosolen og efterfølgende smelter sammen med plasmamembranen, så indholdet af vesiklerne er uden for cellen.
I modsætning til makromolekyler transporteres små udskilte partikler, såsom protoner, ud af cellen ved hjælp af mekanismerne for faciliteret diffusion og aktiv transport.
b) udskillelse - fjernelse fra cellen af stoffer, der ikke kan bruges (f.eks. under erytropoiese, fjernelse fra retikulocytter af maskestoffet, som er aggregerede rester af organeller). Udskillelsesmekanismen ser ud til at være, at de udskilte partikler initialt fanges i en cytoplasmatisk vesikel, som derefter smelter sammen med plasmamembranen.
Det er ingen hemmelighed, at alle levende væsener på vores planet består af celler, disse utallige "" organiske stoffer. Cellerne er til gengæld omgivet af en særlig beskyttende skal - en membran, som spiller en meget vigtig rolle i cellens liv, og cellemembranens funktioner er ikke begrænset til blot at beskytte cellen, men repræsenterer et kompleks mekanisme involveret i reproduktion, ernæring og regenerering af cellen.
Hvad er en cellemembran
Selve ordet "membran" er oversat fra latin til "film", selvom en membran ikke bare er en slags film, hvori en celle er pakket ind, men en kombination af to film forbundet med hinanden og har forskellige egenskaber. Faktisk er cellemembranen en tre-lags lipoprotein (fedt-protein) membran, der adskiller hver celle fra naboceller og miljøet, og udfører kontrolleret udveksling mellem celler og miljøet, dette er den akademiske definition af, hvad en cellemembran er.
Membranens betydning er simpelthen enorm, fordi den ikke kun adskiller en celle fra en anden, men sikrer også cellens interaktion med både andre celler og miljøet.
Historie om cellemembranforskning
Et vigtigt bidrag til studiet af cellemembranen blev ydet af to tyske videnskabsmænd Gorter og Grendel tilbage i 1925. Det var da, de formåede at udføre et komplekst biologisk eksperiment på røde blodlegemer - erytrocytter, hvor forskerne opnåede de såkaldte "skygger", tomme skaller af erytrocytter, som de stablede i en stak og målte overfladearealet, og også beregnet mængden af lipider i dem. Baseret på mængden af opnåede lipider kom forskerne til den konklusion, at de netop er indeholdt i det dobbelte lag af cellemembranen.
I 1935 etablerede endnu et par cellemembranforskere, denne gang amerikanerne Daniel og Dawson, efter en række lange eksperimenter proteinindholdet i cellemembranen. Der var ingen anden måde at forklare, hvorfor membranen havde så høj en overfladespænding. Forskere har smart præsenteret en model af en cellemembran i form af en sandwich, hvor brødets rolle spilles af homogene lipid-proteinlag, og mellem dem, i stedet for olie, er der tomhed.
I 1950, med fremkomsten af elektronikken, blev teorien om Daniel og Dawson bekræftet af praktiske observationer - i mikrofotografier af cellemembranen var lag af lipid- og proteinhoveder og også det tomme mellemrum mellem dem tydeligt synlige.
I 1960 udviklede den amerikanske biolog J. Robertson en teori om cellemembranernes trelagsstruktur, som i lang tid blev anset for den eneste sande, men med videnskabens videre udvikling begyndte der at opstå tvivl om dens ufejlbarhed. Så for eksempel fra et synspunkt ville det være svært og arbejdskrævende for celler at transportere de nødvendige næringsstoffer gennem hele "sandwichen"
Og først i 1972 var de amerikanske biologer S. Singer og G. Nicholson i stand til at forklare uoverensstemmelserne i Robertsons teori ved hjælp af en ny væske-mosaikmodel af cellemembranen. De fandt især ud af, at cellemembranen ikke er homogen i sin sammensætning, desuden er den asymmetrisk og fyldt med væske. Derudover er celler i konstant bevægelse. Og de berygtede proteiner, der er en del af cellemembranen, har forskellige strukturer og funktioner.
Cellemembranens egenskaber og funktioner
Lad os nu se på, hvilke funktioner cellemembranen udfører:
Cellemembranens barrierefunktion er membranen som en ægte grænsevagt, der står vagt over cellens grænser, forsinker og ikke tillader skadelige eller simpelthen upassende molekyler at passere igennem.
Cellemembranens transportfunktion - membranen er ikke kun en grænsevagt ved celleporten, men også en slags toldkontrol; nyttige stoffer udveksles konstant med andre celler og miljøet gennem den.
Matrixfunktion - det er cellemembranen, der bestemmer placeringen i forhold til hinanden og regulerer samspillet mellem dem.
Mekanisk funktion - er ansvarlig for at begrænse en celle fra en anden og på samme tid for korrekt at forbinde celler til hinanden, for at danne dem til et homogent væv.
Cellemembranens beskyttende funktion er grundlaget for opbygningen af cellens beskyttende skjold. I naturen kan et eksempel på denne funktion være hårdt træ, en tæt skræl, en beskyttende skal, alt sammen på grund af membranens beskyttende funktion.
Enzymatisk funktion er en anden vigtig funktion, som udføres af visse proteiner i cellen. For eksempel, takket være denne funktion, sker syntesen af fordøjelsesenzymer i tarmepitelet.
Udover alt dette sker der også cellulær udveksling gennem cellemembranen, som kan finde sted i tre forskellige reaktioner:
- Fagocytose er en cellulær udveksling, hvor membranindlejrede fagocytceller fanger og fordøjer forskellige næringsstoffer.
- Pinocytose er processen med indfangning af cellemembranen af flydende molekyler i kontakt med den. For at gøre dette dannes specielle ranker på overfladen af membranen, som ser ud til at omgive en dråbe væske og danner en boble, som efterfølgende "sluges" af membranen.
- Exocytose er en omvendt proces, når en celle frigiver en sekretorisk funktionel væske til overfladen gennem membranen.
Struktur af cellemembranen
Der er tre klasser af lipider i cellemembranen:
- fosfolipider (som er en kombination af fedt og fosfor),
- glykolipider (en kombination af fedt og kulhydrater),
- kolesterol
Fosfolipider og glykolipider består til gengæld af et hydrofilt hoved, ind i hvilket to lange hydrofobe haler strækker sig. Kolesterol optager rummet mellem disse haler og forhindrer dem i at bøje; alt dette gør i nogle tilfælde membranen i visse celler meget stiv. Ud over alt dette organiserer kolesterolmolekyler cellemembranens struktur.
Men uanset hvad, så er den vigtigste del af cellemembranens struktur protein, eller rettere sagt forskellige proteiner, der spiller forskellige vigtige roller. På trods af mangfoldigheden af proteiner indeholdt i membranen, er der noget, der forener dem - ringformede lipider er placeret rundt om alle membranproteiner. Ringformede lipider er specielle strukturerede fedtstoffer, der tjener som en slags beskyttende skal for proteiner, uden hvilken de simpelthen ikke ville fungere.
Strukturen af cellemembranen har tre lag: grundlaget for cellemembranen er et homogent flydende bilipidlag. Proteiner dækker det på begge sider som en mosaik. Det er proteiner, udover de ovenfor beskrevne funktioner, der også spiller rollen som særegne kanaler, hvorigennem stoffer, der ikke er i stand til at trænge gennem membranens væskelag, passerer gennem membranen. Disse omfatter for eksempel kalium- og natriumioner; for deres indtrængning gennem membranen giver naturen særlige ionkanaler i cellemembraner. Med andre ord sikrer proteiner permeabiliteten af cellemembraner.
Hvis vi ser på cellemembranen gennem et mikroskop, vil vi se et lag af lipider dannet af små sfæriske molekyler, hvorpå proteiner svømmer som på havet. Nu ved du, hvilke stoffer cellemembranen består af.
Cellemembran video
Og endelig en pædagogisk video om cellemembranen.