Структура на клеточната мембрана. Кои функции ги извршува надворешната клеточна мембрана? Структурата на надворешната клеточна мембрана

Клеточната мембрана -молекуларна структура која се состои од липиди и протеини. Неговите главни својства и функции:

  • одвојување на содржината на која било клетка од надворешната средина, обезбедување на нејзиниот интегритет;
  • контрола и воспоставување на размена помеѓу околината и клетката;
  • интрацелуларните мембрани ја делат клетката во посебни оддели: органели или одделенија.

Зборот „мембрана“ на латински значи „филм“. Ако зборуваме за клеточната мембрана, тогаш тоа е комбинација од два филма кои имаат различни својства.

Биолошката мембрана вклучува три типа на протеини:

  1. Периферен - се наоѓа на површината на филмот;
  2. Интегрален – целосно навлегува во мембраната;
  3. Полуинтегрален - едниот крај продира во билпидниот слој.

Кои функции ги извршува клеточната мембрана?

1. Cellидот на клетката е трајна клеточна мембрана која се наоѓа надвор од цитоплазматската мембрана. Врши заштитни, транспортни и структурни функции. Присутни во многу растенија, бактерии, габи и археи.

2. Овозможува бариера функција, односно селективен, регулиран, активен и пасивен метаболизам со надворешното опкружување.

3. способни за пренесување и складирање на информации, а исто така учествува и во процесот на репродукција.

4. Врши транспортна функција што може да транспортира супстанции во и надвор од ќелијата преку мембраната.

5. Клеточната мембрана има еднонасочна спроводливост. Благодарение на ова, молекулите на водата можат да поминат низ клеточната мембрана без одложување, а молекулите на други супстанции навлезат селективно.

6. Со помош на клеточната мембрана, се добиваат вода, кислород и хранливи материи, а преку него се отстрануваат производите на клеточен метаболизам.

7. Врши клеточен метаболизам преку мембрани и може да ги изврши со употреба на 3 главни типа на реакции: пиноцитоза, фагоцитоза, егзоцитоза.

8. Мембраната обезбедува специфичност на меѓуклеточните контакти.

9. Мембраната содржи бројни рецептори кои се способни да перцепираат хемиски сигнали - медијатори, хормони и многу други биолошки активни супстанции. Значи, има моќ да ја промени метаболичката активност на клетката.

10. Основни својства и функции на клеточната мембрана:

  • Матрица
  • Бариера
  • Транспорт
  • Енергија
  • Механички
  • Ензимски
  • Рецептор
  • Заштитна
  • Обележување
  • Биопотенцијал

Која функција ја извршува плазмата мембрана во ќелија?

  1. Ја разграничува содржината на ќелијата;
  2. Врши влез на супстанции во клетката;
  3. Обезбедува отстранување на голем број супстанции од клетката.

Структура на клеточната мембрана

Клеточни мембрани вклучуваат липиди од 3 класи:

  • гликолипиди;
  • Фосфолипиди;
  • Холестерол.

Во основа, клеточната мембрана се состои од протеини и липиди и има дебелина од не повеќе од 11 nm. Од 40 до 90% од сите липиди се фосфолипиди. Исто така, важно е да се забележат гликолипидите, кои се една од главните компоненти на мембраната.

Структурата на клеточната мембрана е трислојна. Во центарот има хомоген течен билипиден слој, а протеините го покриваат од двете страни (како мозаик), делумно продирајќи во дебелината. Протеините се исто така неопходни за мембраната да дозволи специјални супстанции да влезат и да излегуваат од клетките кои не можат да навлезат во масниот слој. На пример, јони на натриум и калиум.

  • Ова е интересно -

Структура на клетките - видео

Цитоплазма- задолжителен дел од клетката, затворен помеѓу плазма мембраната и јадрото; е поделена на хијалоплазма (главната супстанција на цитоплазмата), органели (постојани компоненти на цитоплазмата) и подмножества (привремени компоненти на цитоплазмата). Хемиски состав на цитоплазмата: основата е вода (60-90% од вкупната маса на цитоплазмата), разни органски и неоргански соединенија. Цитоплазмата има алкална реакција. Карактеристична карактеристика на цитоплазмата на еукариотската клетка е постојано движење ( циклоза). Се открива првенствено со движење на клеточните органели, како што се хлоропластите. Ако движењето на цитоплазмата престане, клетката умира, бидејќи само со постојано движење може да ги извршува своите функции.

хијалоплазма ( цитозол) е безбоен, лигав, густ и проѕирен колоиден раствор. Во него се одвиваат сите метаболички процеси, обезбедува меѓусебно поврзување на јадрото и сите органели. Во зависност од доминацијата на течниот дел или големите молекули во хијалоплазмата, се разликуваат две форми на хијалоплазма: сол- повеќе течна хијалоплазма и гел- подебела хијалоплазма. Меѓу нив се можни меѓусебни транзиции: гелот се претвора во сол и обратно.

Функции на цитоплазмата:

  1. комбинирање на сите клеточни компоненти во единствен систем,
  2. средина за минување на многу биохемиски и физиолошки процеси,
  3. средина за постоење и функционирање на органели.

Клеточни мембрани

Клеточни мембраниограничување на еукариотските клетки. Во секоја клеточна мембрана може да се разликуваат најмалку два слоја. Внатрешниот слој е во непосредна близина на цитоплазмата и е претставен со плазма мембрана(синоними - плазмалема, клеточна мембрана, цитоплазматска мембрана), над која се формира надворешниот слој. Во животинска клетка е тенок и се нарекува гликокаликс(формиран од гликопротеини, гликолипиди, липопротеини), во растителна клетка - густа, т.н. клеточен ѕид(формиран од целулоза).

Сите биолошки мембрани имаат заеднички структурни карактеристики и својства. Во моментов е општо прифатено течен мозаичен модел на мембранска структура. Основата на мембраната е липиден двослој формиран главно од фосфолипиди. Фосфолипидите се триглицериди во кои еден остаток од масна киселина се заменува со остаток на фосфорна киселина; делот од молекулата што го содржи остатокот од фосфорната киселина се нарекува хидрофилна глава, деловите што содржат остатоци од масни киселини се нарекуваат хидрофобни опашки. Во мембраната, фосфолипидите се распоредени на строго подреден начин: хидрофобните опашки на молекулите се свртени една кон друга, а хидрофилните глави се свртени кон надвор, кон водата.

Покрај липидите, мембраната содржи протеини (во просек ≈ 60%). Тие ги одредуваат повеќето специфични функции на мембраната (транспорт на одредени молекули, катализа на реакции, примање и конвертирање на сигнали од околината итн.). Постојат: 1) периферни протеини(се наоѓа на надворешната или внатрешната површина на липидниот двослој), 2) полуинтегрални протеини(потопено во липидниот двослој до различни длабочини), 3) интегрални или трансмембрански протеини(прободете ја мембраната преку, контактирајќи ја и надворешната и внатрешната средина на клетката). Интегралните протеини во некои случаи се нарекуваат канал-формирачки или канални протеини, бидејќи тие можат да се сметаат како хидрофилни канали низ кои поларните молекули минуваат во клетката (липидната компонента на мембраната не би ги пропуштала).

А - хидрофилна фосфолипидна глава; Б - хидрофобни фосфолипидни опашки; 1 - хидрофобни региони на протеините E и F; 2 — хидрофилни региони на протеинот F; 3 - разгранет олигосахариден ланец прикачен на липид во гликолипидна молекула (гликолипидите се поретки од гликопротеините); 4 - разгранет олигосахариден ланец прикачен на протеин во молекула на гликопротеин; 5 - хидрофилен канал (функционира како пора низ која можат да поминат јони и некои поларни молекули).

Мембраната може да содржи јаглехидрати (до 10%). Јаглехидратната компонента на мембраните е претставена со олигосахаридни или полисахаридни синџири поврзани со протеински молекули (гликопротеини) или липиди (гликолипиди). Јаглехидратите главно се наоѓаат на надворешната површина на мембраната. Јаглехидратите обезбедуваат рецепторни функции на мембраната. Во животинските клетки, гликопротеините формираат надмембрански комплекс, гликокаликсот, кој е дебел неколку десетици нанометри. Содржи многу клеточни рецептори, а со негова помош се јавува клеточна адхезија.

Молекулите на протеини, јаглени хидрати и липиди се мобилни, способни да се движат во рамнината на мембраната. Дебелината на плазма мембраната е приближно 7,5 nm.

Функции на мембраните

Мембраните ги извршуваат следниве функции:

  1. одвојување на клеточната содржина од надворешната средина,
  2. регулирање на метаболизмот помеѓу клетката и околината,
  3. делење на ќелијата во прегради („оддели“),
  4. место на локализација на „ензимски транспортери“,
  5. обезбедување на комуникација помеѓу клетките во ткивата на повеќеклеточните организми (адхезија),
  6. препознавање сигнал.

Најважниот својство на мембрана— селективна пропустливост, т.е. мембраните се многу пропустливи за некои супстанции или молекули и слабо пропустливи (или целосно непропустливи) за други. Ова својство лежи во основата на регулаторната функција на мембраните, обезбедувајќи размена на супстанции помеѓу клетката и надворешната средина. Процесот на супстанции кои минуваат низ клеточната мембрана се нарекува транспорт на супстанции. Постојат: 1) пасивен транспорт- процес на минување на супстанции без потрошувачка на енергија; 2) активен транспорт- процес на преминување на материи што настанува со трошење на енергија.

На пасивен транспортсупстанциите се движат од област со поголема концентрација во област со помала, т.е. долж градиентот на концентрацијата. Во секој раствор има молекули на растворувачи и растворени материи. Процесот на движење на молекулите на растворените материи се нарекува дифузија, а движењето на молекулите на растворувачите се нарекува осмоза. Ако молекулата е наполнета, тогаш нејзиниот транспорт е исто така под влијание на електричниот градиент. Затоа, луѓето често зборуваат за електрохемиски градиент, комбинирајќи ги двата градиенти заедно. Брзината на транспорт зависи од големината на градиентот.

Може да се разликуваат следниве видови на пасивен транспорт: 1) едноставна дифузија— транспорт на супстанции директно преку липидниот двослој (кислород, јаглерод диоксид); 2) дифузија низ мембранските канали— транспорт преку протеини кои формираат канали (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) олеснета дифузија- транспорт на супстанции со користење на специјални транспортни протеини, од кои секоја е одговорна за движење на одредени молекули или групи поврзани молекули (гликоза, амино киселини, нуклеотиди); 4) осмоза— транспорт на молекули на вода (во сите биолошки системи растворувач е вода).

Потреба Активен транспортсе јавува кога е неопходно да се обезбеди транспорт на молекули низ мембраната против електрохемиски градиент. Овој транспорт се врши со специјални протеини носачи, чија активност бара трошење на енергија. Изворот на енергија се молекулите на АТП. Активниот транспорт вклучува: 1) Na + /K + пумпа (натриум-калиумова пумпа), 2) ендоцитоза, 3) егзоцитоза.

Работење на пумпата Na + /K +. За нормално функционирање, клетката мора да одржува одреден сооднос на K + и Na + јони во цитоплазмата и во надворешната средина. Концентрацијата на K + внатре во клетката треба да биде значително повисока отколку надвор од неа, а Na + - обратно. Треба да се забележи дека Na + и K + можат слободно да дифузираат низ порите на мембраната. Пумпата Na + /K + го неутрализира изедначувањето на концентрациите на овие јони и активно пумпа Na + надвор од клетката и K + во клетката. Пумпата Na + / K + е трансмембрански протеин способен за конформациски промени, како резултат на што може да ги закачи и K + и Na +. Циклусот на пумпата Na + / K + може да се подели на следните фази: 1) додавање на Na + од внатрешноста на мембраната, 2) фосфорилација на протеинот на пумпата, 3) ослободување на Na + во екстрацелуларниот простор, 4) додавање на K + од надворешната страна на мембраната, 5) дефосфорилација на протеинот на пумпата, 6) ослободување на K + во интрацелуларниот простор. Речиси една третина од целата енергија потребна за функционирање на клетките се троши на работата на пумпата натриум-калиум. Во еден циклус на работа, пумпата испумпува 3Na + од ќелијата и пумпа во 2K +.

Ендоцитоза- процес на апсорпција на големи честички и макромолекули од клетката. Постојат два типа на ендоцитоза: 1) фагоцитоза- фаќање и апсорпција на големи честички (клетки, делови од клетки, макромолекули) и 2) пиноцитоза- Фаќање и апсорпција на течен материјал (раствор, колоиден раствор, суспензија). Феноменот на фагоцитоза го открил И.И. Мечников во 1882 година. За време на ендоцитозата, плазматската мембрана формира инвагинација, нејзините рабови се спојуваат, а структурите ограничени од цитоплазмата со една мембрана се вметнуваат во цитоплазмата. Многу протозои и некои леукоцити се способни за фагоцитоза. Пиноцитозата е забележана во цревните епителни клетки и во ендотелиумот на капиларите на крвта.

Егзоцитоза- Процес обратно за ендоцитоза: Отстранување на разни супстанции од клетката. За време на егзоцитозата, мембраната на везикулата се спојува со надворешната цитоплазматска мембрана, содржината на везикулата се отстранува надвор од клетката, а нејзината мембрана е вклучена во надворешната цитоплазматска мембрана. На овој начин, хормоните се отстрануваат од клетките на ендокрините жлезди; во протозои, останатите остатоци од храна се отстрануваат.

    Оди до предавања бр.5„Теорија на клетките. Видови клеточна организација“

    Оди до предавања бр.7„Еукариотска клетка: Структура и функции на органели“

текст_полиња

текст_полиња

стрелка_нагоре

Клетките се одделени од внатрешното опкружување на телото со клетка или плазма мембрана.

Мембраната обезбедува:

1) селективна пенетрација во и надвор од клетката на молекули и јони потребни за извршување на специфични функции на клетките;
2) селективен транспорт на јони низ мембраната, одржувајќи трансмембранска електрична потенцијална разлика;
3) Специфичност на меѓуклеточните контакти.

Поради присуството во мембраната на бројни рецептори кои перцепираат хемиски сигнали - хормони, медијатори и други биолошки активни супстанции, тој е способен да ја промени метаболичката активност на клетката. Мембраните обезбедуваат специфичност на имунолошките манифестации поради присуството на антигени на нив - структури кои предизвикуваат формирање на антитела кои можат конкретно да се врзат за овие антигени.
Јадрото и органелите на клетката се исто така одвоени од цитоплазмата со мембрани, кои го спречуваат слободното движење на водата и супстанциите растворени во неа од цитоплазмата во нив и обратно. Ова создава услови за раздвојување на биохемиски процеси што се случуваат во различни прегради во ќелијата.

Структура на клеточната мембрана

текст_полиња

текст_полиња

стрелка_нагоре

Клеточната мембрана е еластична структура, со дебелина од 7 до 11 nm (Сл. 1.1). Се состои главно од липиди и протеини. Од 40 до 90% од сите липиди се фосфолипиди - фосфатидилхолин, фосфатидилетаноламин, фосфатидилсерин, сфингомиелин и фосфатидилинозитол. Важна компонента на мембраната се гликолипидите, претставени со цереброзиди, сулфатиди, ганглиозиди и холестерол.

Ориз. 1.1 Организација на мембраната.

Основна структура на клеточната мембранае двоен слој на фосфолипидни молекули. Поради хидрофобните интеракции, синџирите на јаглени хидрати на липидните молекули се држат еден до друг во издолжена состојба. Групи на фосфолипидни молекули од двата слоја комуницираат со протеинските молекули потопени во липидната мембрана. Поради фактот што повеќето од липидните компоненти на двослојот се во течна состојба, мембраната има подвижност и прави брановидни движења. Неговите делови, како и протеините потопени во липидниот двослој, се мешаат од еден до друг дел. Подвижноста (флуидноста) на клеточните мембрани ги олеснува процесите на транспорт на супстанции низ мембраната.

Протеини на клеточната мембранасе претставени главно со гликопротеини. Има:

интегрални протеини, продирајќи низ целата дебелина на мембраната и
периферни протеини, прицврстена само на површината на мембраната, главно на нејзиниот внатрешен дел.

Периферни протеини речиси сите функционираат како ензими (ацетилхолинестераза, киселински и свилени фосфатази, итн.). Но, некои ензими се претставени и со интегрални протеини - АТПаза.

Интегрални протеини обезбедуваат селективна размена на јони преку мембранските канали помеѓу екстрацелуларната и интрацелуларната течност, а исто така дејствуваат како протеини кои транспортираат големи молекули.

Мембранските рецептори и антигени може да бидат претставени и со интегрални и со периферни протеини.

Протеините во непосредна близина на мембраната од цитоплазматската страна се класифицирани како клеточен цитоскелет . Тие можат да се закачат на мембранските протеини.

Значи, протеинска лента 3 (број на лента за време на електрофореза на протеини) на мембраните на еритроцитите се комбинира во ансамбл со други цитоскелетни молекули - спектрин преку протеинот со мала молекуларна тежина анкирин (сл. 1.2).

Ориз. 1.2 Шема на распоредот на протеините во блискомембранскиот цитоскелет на еритроцитите.
1 - спектрин; 2 - анкирин; 3 - протеин од лентата 3; 4 - протеинска лента 4,1; 5 - бенд протеин 4,9; 6 - олигомер на актин; 7 - протеин 6; 8 - gpicophorin a; 9 - мембрана.

Спектрин е главен цитоскелет протеин кој сочинува дводимензионална мрежа на која е прикачен актин.

Актин формира микрофиламенти, кои се контрактилен апарат на цитоскелетот.

Цитоскелетовозможува клетката да покажува флексибилно-еластични својства и обезбедува дополнителна цврстина на мембраната.

Повеќето интегрални протеини се гликопротеини. Нивниот јаглехидратен дел излегува од клеточната мембрана кон надвор. Многу гликопротеини имаат голем негативен полнеж поради нивната значајна содржина на сијална киселина (на пример, молекулата на гликофорин). Ова ги обезбедува површините на повеќето клетки со негативен полнеж, помагајќи да се одвратат другите негативно наелектризирани објекти. Јаглехидратните испакнатини на гликопротеините се носители на антигени на крвната група, други антигенски детерминанти на клетката и тие дејствуваат како рецептори кои ги врзуваат хормоните. Гликопротеините формираат адхезивни молекули кои предизвикуваат поврзување на клетките една на друга, т.е. блиски меѓуклеточни контакти.

Карактеристики на метаболизмот во мембраната

текст_полиња

текст_полиња

стрелка_нагоре

Компонентите на мембраната се предмет на многу метаболички трансформации под влијание на ензимите лоцирани на или во нивната мембрана. Тие вклучуваат оксидативни ензими, кои играат важна улога во модификацијата на хидрофобните елементи на мембраните - холестерол, итн. Во мембраните, кога се активираат ензимите - фосфолипазите - биолошки активните соединенија - простагландините и нивните деривати - се формираат од арахидонска киселина. Како резултат на активирање на метаболизмот на фосфолипидите, во мембраната се формираат тромбоксани и леукотриени, кои имаат моќен ефект врз адхезијата на тромбоцитите, процесот на воспаление итн.

Процесите на обновување на неговите компоненти континуирано се случуваат во мембраната . Така, животниот век на мембранските протеини се движи од 2 до 5 дена. Сепак, постојат механизми во клетката кои обезбедуваат испорака на новосинтетизираните протеински молекули до мембранските рецептори, кои го олеснуваат инкорпорирањето на протеинот во мембраната. „Препознавањето“ на овој рецептор од новосинтетизираниот протеин е олеснето со формирање на сигнален пептид, кој помага да се најде рецепторот на мембраната.

Мембранските липиди се карактеризираат и со значителна стапка на размена, што бара големи количини на масни киселини за синтеза на овие мембрански компоненти.
Специфичноста на липидниот состав на клеточните мембрани е под влијание на промените во човековата средина и природата на неговата исхрана.

На пример, зголемување на масни киселини во исхраната со незаситени врскија зголемува течната состојба на липидите во клеточните мембрани на различни ткива, што доведува до поволна промена во односот на фосфолипидите кон сфингомиелините и липидите кон протеините за функцијата на клеточната мембрана.

Вишокот холестерол во мембраните, напротив, ја зголемува микровискозноста на нивниот двослој на фосфолипидни молекули, намалувајќи ја стапката на дифузија на одредени супстанции низ клеточните мембрани.

Храната збогатена со витамините А, Е, Ц, П го подобрува липидниот метаболизам во мембраните на еритроцитите и ја намалува микровискозноста на мембраните. Ова ја зголемува деформабилноста на црвените крвни зрнца и ја олеснува нивната транспортна функција (Поглавје 6).

Недостаток на масни киселини и холестеролво храната го нарушува липидниот состав и функциите на клеточните мембрани.

На пример, недостатокот на маснотии ги нарушува функциите на неутрофилната мембрана, што ја инхибира нивната способност за движење и фагоцитозата (активно фаќање и апсорпција на микроскопски туѓи живи објекти и честички од едноклеточни организми или некои клетки).

При регулирање на липидниот состав на мембраните и нивната пропустливост, регулирање на клеточната пролиферацијаважна улога играат реактивните кислородни видови формирани во клетката во врска со вообичаено настанатите метаболички реакции (микросомална оксидација итн.).

Генерирани реактивни видови кислород- радикалот супероксид (O 2), водород пероксид (H 2 O 2) итн. се екстремно реактивни супстанции. Нивниот главен супстрат во реакциите на оксидација на слободните радикали се незаситените масни киселини кои се дел од фосфолипидите на клеточните мембрани (т.н. реакции на липидна пероксидација). Интензивирањето на овие реакции може да предизвика оштетување на клеточната мембрана, нејзината бариера, рецепторните и метаболичките функции, модификација на молекулите и протеините на нуклеинската киселина, што доведува до мутации и инактивирање на ензимите.

Под физиолошки услови, интензивирањето на липидната пероксидација е регулирано со антиоксидативниот систем на клетките, претставен со ензими кои ги деактивираат реактивните кислородни видови - супероксид дисмутаза, каталаза, пероксидаза и супстанции со антиоксидантна активност - токоферол (витамин Е), убиквинон итн. изразен заштитен ефект врз клеточните мембрани (цитопротективен ефект) со различни штетни ефекти врз телото, простагландините Е и Ј2 имаат, „гаснејќи“ го активирањето на оксидацијата на слободните радикали. Простагландините ја штитат гастричната слузница и хепатоцитите од хемиско оштетување, невроните, невроглијалните клетки, кардиомиоцитите - од хипоксично оштетување, скелетните мускули - при тешка физичка активност. Простагландините, со врзување за специфични рецептори на клеточните мембрани, го стабилизираат двослојот на вториот и ја намалуваат загубата на фосфолипиди од страна на мембраните.

Функции на мембранските рецептори

текст_полиња

текст_полиња

стрелка_нагоре

Хемискиот или механичкиот сигнал најпрво се перцепира од рецепторите на клеточната мембрана. Последица на ова е хемиска модификација на мембранските протеини, што доведува до активирање на „вторите гласници“ кои обезбедуваат брзо ширење на сигналот во клетката до нејзиниот геном, ензими, контрактилни елементи итн.

Преносот на трансмембрански сигнал во ќелија може шематски да се претстави на следниов начин:

1) Рецепторот, возбуден од примениот сигнал, ги активира γ-протеините на клеточната мембрана. Ова се случува кога тие се врзуваат со гванозин трифосфат (GTP).

2) Интеракцијата на комплексот GTP-γ-протеин, пак, го активира ензимот - претходник на секундарните гласници, лоциран на внатрешната страна на мембраната.

Претходник на еден втор гласник, cAMP, формиран од АТП, е ензимот аденилат циклаза;
Претходник на други секундарни гласници - инозитол трифосфат и диацилглицерол, формирани од мембрански фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат, е ензимот фосфолипаза Ц. сите регулаторни процеси во клетката. На пример, добиениот инозитол трифосфат предизвикува ослободување на калциум од ендоплазматскиот ретикулум и зголемување на неговата концентрација во цитоплазмата, а со тоа вклучува различни форми на клеточен одговор. Со помош на инозитол трифосфат и диацилглицерол, функцијата на мазните мускули и Б-клетките на панкреасот се регулира со ацетилхолин, предниот лобус на хипофизата со фактор што ослободува тирогропин, одговорот на лимфоцитите на антигенот итн.
Во некои клетки, улогата на втор гласник ја игра cGMP, формирана од GTP со помош на ензимот гванилат циклаза. Служи, на пример, како втор гласник за натриуретичен хормон во мазните мускули на ѕидовите на крвните садови. cAMP служи како секундарен гласник за многу хормони - адреналин, еритропоетин итн. (Поглавје 3).

Сите живи организми, во зависност од структурата на клетката, се поделени во три групи (види слика 1):

1. Прокариоти (не-нуклеарни)

2. Еукариоти (нуклеарни)

3. Вируси (неклеточни)

Ориз. 1. Живи организми

Во оваа лекција ќе започнеме да ја проучуваме структурата на клетките на еукариотските организми, кои вклучуваат растенија, габи и животни. Нивните клетки се најголеми и посложени по структура во споредба со клетките на прокариотите.

Како што е познато, клетките се способни за независна активност. Тие можат да разменуваат материја и енергија со околината, како и да растат и да се размножуваат, затоа внатрешната структура на клетката е многу сложена и првенствено зависи од функцијата што клетката ја извршува во повеќеклеточниот организам.

Принципите на конструирање на сите ќелии се исти. Следниве главни делови може да се разликуваат во секоја еукариотска клетка (види слика 2):

1. Надворешната мембрана која ја одвојува содржината на клетката од надворешната средина.

2. Цитоплазма со органели.

Ориз. 2. Главни делови на еукариотска клетка

Терминот „мембрана“ беше предложен пред околу сто години за да се однесува на границите на клетката, но со развојот на електронската микроскопија стана јасно дека клеточната мембрана е дел од структурните елементи на клетката.

Робертсон во 1959 година формулирал хипотеза за структурата на елементарната мембрана, според која клеточните мембрани на животните и растенијата се изградени според истиот тип.

Во 1972 година, Сингер и Николсон го предложија, што сега е општо прифатено. Според овој модел, основата на која било мембрана е двослој од фосфолипиди.

Фосфолипидите (соединенијата што содржат фосфатна група) имаат молекули кои се состојат од поларна глава и две неполарни опашки (види слика 3).

Ориз. 3. Фосфолипид

Во фосфолипидниот двослој, остатоците од хидрофобните масни киселини се свртени навнатре, а хидрофилните глави, вклучувајќи го и остатокот од фосфорната киселина, се свртени кон надвор (види Сл. 4).

Ориз. 4. Фосфолипиден двослој

Фосфолипидниот двослој е претставен како динамична структура; липидите можат да се движат, менувајќи ја нивната положба.

Двоен слој на липиди ја обезбедува бариерната функција на мембраната, спречувајќи ја содржината на клетката да се шири и спречува токсичните материи да влезат во клетката.

Присуството на гранична мембрана помеѓу клетката и околината било познато долго пред појавата на електронскиот микроскоп. Физичките хемичари го негираа постоењето на плазма мембраната и веруваа дека постои интерфејс помеѓу живите колоидни содржини и животната средина, но Pfeffer (германски ботаничар и растителен физиолог) го потврди неговото постоење во 1890 година.

На почетокот на минатиот век, Овертон (британски физиолог и биолог) открил дека стапката на пенетрација на многу супстанции во црвените крвни зрнца е директно пропорционална со нивната растворливост во липидите. Во овој поглед, научникот предложи мембраната да содржи голема количина на липиди и супстанции, кои се раствораат во неа, поминуваат низ неа и завршуваат на другата страна на мембраната.

Во 1925 година, Гортер и Грендел (американски биолози) изолирале липиди од клеточната мембрана на црвените крвни зрнца. Тие ги дистрибуирале добиените липиди по површината на водата, со дебелина од една молекула. Се покажа дека површината зафатена од липидниот слој е двојно поголема од површината на самата црвена крвна клетка. Затоа, овие научници заклучија дека клеточната мембрана се состои не од еден, туку од два слоја липиди.

Досон и Даниели (англиски биолози) во 1935 година сугерираа дека во клеточните мембрани липидниот бимолекуларен слој е сместен помеѓу два слоја протеински молекули (види Сл. 5).

Ориз. 5. Модел на мембрана предложен од Досон и Даниели

Со доаѓањето на електронскиот микроскоп, се отвори можност да се запознаеме со структурата на мембраната, а потоа беше откриено дека мембраните на животинските и растителните клетки изгледаат како трислојна структура (види слика 6).

Ориз. 6. Клеточна мембрана под микроскоп

Во 1959 година, биологот Џ.

Постулатите на Робертсон за структурата на „елементарната мембрана“

1. Сите мембрани имаат дебелина од околу 7,5 nm.

2. Во електронски микроскоп, сите тие изгледаат трислојни.

3. Трислојниот изглед на мембраната е резултат токму на распоредот на протеините и поларните липиди што го предвидуваше моделот Досон и Даниели - централниот липиден двослој е сместен помеѓу два слоја протеин.

Оваа хипотеза за структурата на „елементарната мембрана“ претрпе различни промени, а во 1972 година беше изнесена течен мозаичен модел на мембрана(види Сл. 7), што сега е општо прифатено.

Ориз. 7. Модел на течно-мозаична мембрана

Протеинските молекули се потопени во липидниот двослој на мембраната, тие формираат мобилен мозаик. Врз основа на нивната локација во мембраната и начинот на интеракција со липидниот двослој, протеините можат да се поделат на:

- површни (или периферни)мембрански протеини поврзани со хидрофилната површина на липидниот двослој;

- интегрален (мембрана)протеини вградени во хидрофобниот регион на двослојот.

Интегралните протеини се разликуваат по степенот до кој се вградени во хидрофобниот регион на двослојот. Тие можат да бидат целосно потопени ( интегрален) или делумно потопен ( полуинтегрален), а исто така може да навлезе во мембраната преку ( трансмембрански).

Мембранските протеини може да се поделат во две групи според нивните функции:

- структурнипротеини. Тие се дел од клеточните мембрани и учествуваат во одржувањето на нивната структура.

- динамиченпротеини. Тие се наоѓаат на мембраните и учествуваат во процесите што се случуваат на него.

Постојат три класи на динамични протеини.

1. Рецептор. Со помош на овие протеини, клетката забележува различни влијанија на нејзината површина. Односно, тие специфично врзуваат соединенија како што се хормони, невротрансмитери и токсини од надворешната страна на мембраната, што служи како сигнал за промена на различни процеси внатре во клетката или самата мембрана.

2. Транспорт. Овие протеини транспортираат одредени супстанции низ мембраната, а исто така формираат канали преку кои различни јони се транспортираат во и надвор од клетката.

3. Ензимски. Тоа се ензимски протеини кои се наоѓаат во мембраната и учествуваат во различни хемиски процеси.

Транспорт на супстанции преку мембраната

Липидните двослојни слоеви се во голема мера непропустливи за многу супстанции, па затоа е потребна голема количина на енергија за транспорт на супстанциите низ мембраната, а потребно е и формирање на различни структури.

Постојат два вида транспорт: пасивен и активен.

Пасивен транспорт

Пасивен транспорт е пренос на молекули по градиент на концентрација. Односно, се одредува само со разликата во концентрацијата на пренесената супстанција на спротивните страни на мембраната и се изведува без потрошувачка на енергија.

Постојат два вида пасивен транспорт:

- едноставна дифузија(види Сл. 8), што се јавува без учество на мембрански протеин. Механизмот на едноставна дифузија врши трансмембрански пренос на гасови (кислород и јаглерод диоксид), вода и некои едноставни органски јони. Едноставната дифузија има мала стапка.

Ориз. 8. Едноставна дифузија

- олеснета дифузија(види Сл. 9) се разликува од едноставниот по тоа што се јавува со учество на протеини-носители. Овој процес е специфичен и се јавува со поголема брзина од едноставната дифузија.

Ориз. 9. Олесната дифузија

Познати се два вида мембрански транспортни протеини: протеини-носители (транслокази) и протеини кои формираат канали. Транспортните протеини врзуваат специфични супстанции и ги транспортираат низ мембраната долж нивниот концентрационен градиент, и затоа, овој процес, како и кај едноставната дифузија, не бара трошење на АТП енергија.

Честичките на храната не можат да поминат низ мембраната, тие влегуваат во клетката со ендоцитоза (види Сл. 10). За време на ендоцитозата, плазматската мембрана формира инвагинации и проекции и зафаќа честички од цврста храна. Околу храната се формира вакуола (или везикула), кој потоа се одвојува од плазмата мембрана, а цврстата честичка во вакуолата завршува во рамките на ќелијата.

Ориз. 10. Ендоцитоза

Постојат два типа на ендоцитоза.

1. Фагоцитоза- апсорпција на цврсти честички. Се нарекуваат специјализирани клетки кои вршат фагоцитоза фагоцити.

2. Пиноцитоза- апсорпција на течен материјал (раствор, колоиден раствор, суспензија).

Егзоцитоза(види Сл. 11) е обратен процес на ендоцитоза. Супстанциите што се синтетизираат во ќелијата, како што се хормоните, се спакувани во мембрански везикули кои се вклопуваат во клеточната мембрана, се вградени во неа, а содржината на везикулата се ослободува од ќелијата. На ист начин, клетката може да се ослободи од отпадните производи што не ѝ се потребни.

Ориз. 11. Егзоцитоза

Активен транспорт

За разлика од олеснетата дифузија, активниот транспорт е движење на супстанции против градиент на концентрација. Во овој случај, супстанциите се движат од област со помала концентрација во област со поголема концентрација. Бидејќи ова движење се случува во спротивна насока од нормалната дифузија, клетката мора да троши енергија во процесот.

Меѓу примерите за активен транспорт, најдобро е проучена таканаречената пумпа на натриум-калиум. Оваа пумпа испумпува натриумови јони надвор од клетката и пумпа јони на калиум во клетката, користејќи ја енергијата на АТП.

1. Структурно (клеточната мембрана ја одвојува клетката од околината).

2. Транспорт (супстанциите се транспортираат низ клеточната мембрана, а клеточната мембрана е високо селективен филтер).

3. рецептор (рецептори лоцирани на површината на мембраната ги перцепираат надворешните влијанија и ги пренесуваат овие информации во рамките на ќелијата, дозволувајќи им брзо да реагира на промените во околината).

Покрај горенаведеното, мембраната врши и метаболички и енергетски трансформирачки функции.

Метаболичка функција

Биолошките мембрани директно или индиректно учествуваат во процесите на метаболички трансформации на супстанциите во клетката, бидејќи повеќето ензими се поврзани со мембрани.

Липидната околина на ензимите во мембраната создава одредени услови за нивно функционирање, наметнува ограничувања на активноста на мембранските протеини и со тоа има регулаторно дејство врз метаболичките процеси.

Функција за конверзија на енергија

Најважната функција на многу биомембрани е конверзија на една форма на енергија во друга.

Мембраните што конвертираат енергија ги вклучуваат внатрешните мембрани на митохондриите и тилакоидите на хлоропластите (види Сл. 12).

Ориз. 12. Митохондрии и хлоропласт

Библиографија

  1. Каменски А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Општа биологија 10-11 одделение Бустард, 2005 година.
  2. Биологија. Одделение 10. Општа биологија. Основно ниво / П.В. Ижевски, О.А. Корнилова, Т.Е. Лошчилина и други - второ издание, ревидирана. - Вентана-Граф, 2010. - 224 стр.
  3. Белеаев Д.К. Биологија 10-11 одделение. Општа биологија. Основно ниво на. - 11 -то издание, стереотип. - М.: Образование, 2012. - 304 стр.
  4. Агафонова И.Б., Захарова Е.Т., Сивоглазов В.И. Биологија 10-11 одделение. Општа биологија. Основно ниво на. - 6 -то издание, додадете. - Bustard, 2010. - 384 стр.
  1. Ayzdorov.ru ().
  2. Youtube.com ().
  3. Доктор-в.Ру ().
  4. Животни-свет.ru ().

Домашна работа

  1. Каква е структурата на клеточната мембрана?
  2. Поради кои својства липидите се способни да формираат мембрани?
  3. Поради кои функции протеините можат да учествуваат во транспортот на супстанции низ мембраната?
  4. Наведете ги функциите на плазма мембраната.
  5. Како се случува пасивниот транспорт низ мембраната?
  6. Како се случува активниот транспорт низ мембраната?
  7. Која е функцијата на натриум-калиум пумпата?
  8. Што е фагоцитоза, пиноцитоза?

9.5.1. Една од главните функции на мембраните е учеството во преносот на супстанции. Овој процес се постигнува преку три главни механизми: едноставна дифузија, олеснета дифузија и активен транспорт (Слика 9.10). Запомнете ги најважните карактеристики на овие механизми и примерите на супстанциите што се транспортираат во секој случај.

Слика 9.10.Механизми за транспорт на молекули низ мембраната

Едноставна дифузија- пренос на супстанции преку мембраната без учество на посебни механизми. Транспортот се случува по градиент на концентрација без потрошувачка на енергија. Со едноставна дифузија се транспортираат мали биомолекули - H2O, CO2, O2, уреа, хидрофобни нискомолекуларни супстанции. Брзината на едноставна дифузија е пропорционална со градиентот на концентрацијата.

Олесната дифузија- пренос на супстанции преку мембраната со помош на протеински канали или специјални протеини носители. Се изведува по градиент на концентрација без потрошувачка на енергија. Се транспортираат моносахариди, амино киселини, нуклеотиди, глицерол и некои јони. Карактеристична е кинетиката на сатурација - при одредена (заситена) концентрација на транспортираната супстанција, сите молекули на носачот учествуваат во преносот и брзината на транспорт достигнува максимална вредност.

Активен транспорт- Исто така, бара учество на специјални транспортни протеини, но транспортот се јавува против градиентот на концентрацијата и затоа бара потрошувачка на енергија. Користејќи го овој механизам, јони на Na+, K+, Ca2+, Mg2+се транспортираат преку клеточната мембрана, а протоните се транспортираат преку митохондријалната мембрана. Активниот транспорт на супстанции се карактеризира со кинетика на сатурација.

9.5.2. Пример за транспортен систем кој врши активен транспорт на јони е Na+,K+-аденозин трифосфатаза (Na+,K+-ATP-аза или Na+,K+-пумпа). Овој протеин се наоѓа длабоко во плазма мембраната и е способен да ја катализира реакцијата на хидролиза на АТП. Енергијата ослободена за време на хидролизата на 1 молекул на АТП се користи за пренесување на 3 Na+ јони од клетката во екстрацелуларен простор и 2 k+ јони во спротивна насока (Слика 9.11). Како резултат на дејството на Na+,K+-ATP-азата се создава разлика во концентрацијата помеѓу клеточниот цитозол и екстрацелуларната течност. Бидејќи преносот на јоните не е еквивалентен, се јавува разлика во електричен потенцијал. Така, се појавува електрохемиски потенцијал, кој се состои од енергија на разликата во електричните потенцијали Δφ и енергијата на разликата во концентрациите на супстанциите ΔC од двете страни на мембраната.

Слика 9.11.Дијаграм на пумпата Na+, K+.

9.5.3. Транспорт на честички и соединенија со висока молекуларна тежина низ мембраните

Заедно со транспортот на органски материи и јони што го вршат носители, постои многу посебен механизам во клетката дизајниран да ги апсорбира високомолекуларните соединенија во клетката и да ги отстранува високомолекуларните соединенија од неа со менување на обликот на биомембраната. Овој механизам се нарекува везикуларен транспорт.

Слика 9.12.Видови везикуларен транспорт: 1 - ендоцитоза; 2 - егзоцитоза.

За време на трансферот на макромолекули, се јавува секвенцијално формирање и фузија на мембрански опкружени везикули (везикули). Врз основа на насоката на транспортот и природата на транспортираните супстанции, се разликуваат следниве видови везикуларен транспорт:

Ендоцитоза(Слика 9.12, 1) - пренос на супстанции во клетката. Во зависност од големината на добиените везикули, тие се разликуваат:

А) пиноцитоза — апсорпција на течни и растворени макромолекули (протеини, полисахариди, нуклеински киселини) со помош на мали меурчиња (150 nm во дијаметар);

б) фагоцитоза — апсорпција на големи честички, како што се микроорганизми или клеточни остатоци. Во овој случај, се формираат големи везикули наречени фагозоми со дијаметар од повеќе од 250 nm.

Пиноцитозата е карактеристична за повеќето еукариотски клетки, додека големите честички се апсорбираат од специјализирани клетки - леукоцити и макрофаги. Во првата фаза на ендоцитоза, супстанциите или честичките се adsorbed на површината на мембраната; овој процес се јавува без потрошувачка на енергија. Во следната фаза, мембраната со адсорбираната супстанција се продлабочува во цитоплазмата; добиените локални инвагинации на плазма мембраната се одвојуваат од површината на клетката, формирајќи везикули, кои потоа мигрираат во клетката. Овој процес е поврзан со систем на микрофиламенти и е енергетски зависен. Везикулите и фагозомите кои влегуваат во клетката може да се спојат со лизозомите. Ензимите содржани во лизозомите разградуваат супстанции содржани во везикули и фагозоми во производи со мала молекуларна тежина (аминокиселини, моносахариди, нуклеотиди), кои се транспортираат во цитосол, каде што можат да ги користат клетката.

Егзоцитоза(Слика 9.12, 2) - пренос на честички и големи соединенија од клетката. Овој процес, како и ендоцитозата, се јавува со апсорпција на енергија. Главните видови на егзоцитоза се:

А) секреција - отстранување од клетката на соединенија растворливи во вода кои се користат или влијаат на другите клетки на телото. Може да се спроведе и од неспецифицирани клетки и од клетки на ендокрините жлезди, мукозната мембрана на гастроинтестиналниот тракт, прилагодена за секреција на супстанциите што ги произведуваат (хормони, невротрансмитери, проензими) во зависност од специфичните потреби на телото.

Секретираните протеини се синтетизираат на рибозоми поврзани со мембраните на грубиот ендоплазматичен ретикулум. Овие протеини потоа се транспортираат до апаратот Голги, каде што се модифицирани, концентрирани, сортирани, а потоа се спакувани во везикули, кои се ослободуваат во цитосолот и последователно се спојуваат со плазмата мембрана, така што содржината на везикулите е надвор од клетката.

За разлика од макромолекулите, малите секретирани честички, како што се протоните, се транспортираат надвор од ќелијата со помош на механизмите на олеснета дифузија и активен транспорт.

б) екскреција - отстранување од клетката на супстанции кои не можат да се користат (на пример, за време на еритропоеза, отстранување од ретикулоцитите на мрежестата супстанција, која е агрегирана остатоци од органели). Механизмот на екскреција се чини дека е дека излачените честички првично се заробени во цитоплазматска везикула, која потоа се спојува со плазма мембраната.