Membran sel juga dipanggil membran plasma (atau sitoplasma) dan plasmalemma. Struktur ini bukan sahaja memisahkan kandungan dalaman sel daripada persekitaran luaran, tetapi juga merupakan sebahagian daripada kebanyakan organel selular dan nukleus, seterusnya memisahkannya daripada hyaloplasma (sitosol) - bahagian likat-cecair sitoplasma. Mari kita bersetuju untuk menelefon membran sitoplasma yang memisahkan kandungan sel daripada persekitaran luaran. Istilah selebihnya menunjukkan semua membran.
Struktur membran selular (biologi) adalah berdasarkan dua lapisan lipid (lemak). Pembentukan lapisan sedemikian dikaitkan dengan ciri-ciri molekulnya. Lipid tidak larut dalam air, tetapi terpeluwap di dalamnya dengan cara mereka sendiri. Satu bahagian molekul lipid tunggal ialah kepala kutub (ia tertarik kepada air, iaitu hidrofilik), dan satu lagi adalah sepasang ekor bukan kutub yang panjang (bahagian molekul ini ditolak oleh air, iaitu hidrofobik). Struktur molekul ini menyebabkan mereka "menyembunyikan" ekor mereka dari air dan memalingkan kepala kutub mereka ke arah air.
Akibatnya, dwilapisan lipid terbentuk di mana ekor nonpolar terletak ke dalam (menghadap satu sama lain) dan kepala kutub menghadap ke luar (ke arah persekitaran luaran dan sitoplasma). Permukaan membran sedemikian adalah hidrofilik, tetapi di dalamnya adalah hidrofobik.
Dalam membran sel, fosfolipid mendominasi antara lipid (ia tergolong dalam lipid kompleks). Kepala mereka mengandungi sisa asid fosforik. Selain fosfolipid, terdapat glikolipid (lipid + karbohidrat) dan kolesterol (berkaitan dengan sterol). Yang terakhir memberikan ketegaran pada membran, terletak pada ketebalannya di antara ekor lipid yang tinggal (kolesterol adalah hidrofobik sepenuhnya).
Disebabkan oleh interaksi elektrostatik, beberapa molekul protein dilekatkan pada kepala lipid bercas, yang menjadi protein membran permukaan. Protein lain berinteraksi dengan ekor nonpolar, sebahagiannya tertimbus dalam dwilapisan, atau menembusinya.
Oleh itu, membran sel terdiri daripada dwilapisan lipid, permukaan (periferal), tertanam (semi-integral) dan meresap (integral) protein. Di samping itu, beberapa protein dan lipid di luar membran dikaitkan dengan rantai karbohidrat.
ini model mozek cecair struktur membran telah dikemukakan pada tahun 70-an abad XX. Sebelum ini, model struktur sandwic telah diandaikan, mengikut mana lipid dwilapisan terletak di dalam, dan di dalam dan di luar membran ditutup dengan lapisan berterusan protein permukaan. Walau bagaimanapun, pengumpulan data eksperimen menyangkal hipotesis ini.
Ketebalan membran dalam sel yang berbeza adalah kira-kira 8 nm. Membran (walaupun sisi yang berbeza satu) berbeza antara satu sama lain dalam peratusan pelbagai jenis lipid, protein, aktiviti enzimatik, dll. Sesetengah membran lebih cair dan lebih telap, yang lain lebih padat.
Membran sel mudah pecah bercantum kerana sifat fizikokimia lipid dwilapisan. Dalam satah membran, lipid dan protein (kecuali ia berlabuh oleh sitoskeleton) bergerak.
Fungsi membran sel
Kebanyakan protein yang direndam dalam membran sel melakukan fungsi enzimatik (ia adalah enzim). Selalunya (terutamanya dalam membran organel sel) enzim terletak dalam urutan tertentu supaya produk tindak balas yang dimangkinkan oleh satu enzim berpindah ke yang kedua, kemudian yang ketiga, dsb. Penghantar terbentuk yang menstabilkan protein permukaan, kerana ia tidak membenarkan enzim terapung di sepanjang lipid dwilapisan.
Membran sel melakukan fungsi pembatas (penghalang) dari persekitaran dan pada masa yang sama fungsi pengangkutan. Kita boleh mengatakan bahawa ini adalah tujuan yang paling penting. Membran sitoplasma, mempunyai kekuatan dan kebolehtelapan terpilih, mengekalkan keteguhan komposisi dalaman sel (homeostasis dan integritinya).
Dalam kes ini, pengangkutan bahan berlaku dalam pelbagai cara. Pengangkutan sepanjang kecerunan kepekatan melibatkan pergerakan bahan dari kawasan yang mempunyai kepekatan lebih tinggi ke kawasan yang lebih rendah (penyebaran). Contohnya, gas (CO 2 , O 2 ) meresap.
Terdapat juga pengangkutan menentang kecerunan kepekatan, tetapi dengan penggunaan tenaga.
Pengangkutan boleh menjadi pasif dan dipermudahkan (apabila ia dibantu oleh sejenis pembawa). Resapan pasif merentasi membran sel adalah mungkin untuk bahan larut lemak.
Terdapat protein khas yang menjadikan membran telap kepada gula dan bahan larut air yang lain. Pembawa sedemikian mengikat molekul yang diangkut dan menariknya melalui membran. Inilah cara glukosa diangkut di dalam sel darah merah.
Protein benang bergabung membentuk liang untuk pergerakan bahan tertentu merentasi membran. Pembawa sedemikian tidak bergerak, tetapi membentuk saluran dalam membran dan berfungsi sama dengan enzim, mengikat bahan tertentu. Pemindahan berlaku disebabkan oleh perubahan dalam pembentukan protein, mengakibatkan pembentukan saluran dalam membran. Contohnya ialah pam natrium-kalium.
Fungsi pengangkutan membran sel eukariotik juga direalisasikan melalui endositosis (dan eksositosis). Terima kasih kepada mekanisme ini, molekul besar biopolimer, bahkan seluruh sel, memasuki sel (dan keluar darinya). Endo- dan eksositosis bukan ciri semua sel eukariotik (prokariot tidak mempunyainya sama sekali). Oleh itu, endositosis diperhatikan dalam protozoa dan invertebrata yang lebih rendah; dalam mamalia, leukosit dan makrofaj menyerap bahan dan bakteria berbahaya, iaitu endositosis melakukan fungsi perlindungan untuk badan.
Endositosis dibahagikan kepada fagositosis(sitoplasma menyelubungi zarah besar) dan pinositosis(menangkap titisan cecair dengan bahan terlarut di dalamnya). Mekanisme proses ini adalah lebih kurang sama. Bahan yang diserap pada permukaan sel dikelilingi oleh membran. Vesikel (phagocytic atau pinocytic) terbentuk, yang kemudiannya bergerak ke dalam sel.
Eksositosis ialah penyingkiran bahan daripada sel (hormon, polisakarida, protein, lemak, dll.) oleh membran sitoplasma. Bahan-bahan ini terkandung dalam vesikel membran yang sesuai dengan membran sel. Kedua-dua membran bergabung dan kandungannya muncul di luar sel.
Membran sitoplasma melakukan fungsi reseptor. Untuk melakukan ini, struktur terletak di bahagian luarnya yang boleh mengenali rangsangan kimia atau fizikal. Beberapa protein yang menembusi plasmalemma disambungkan dari luar ke rantai polisakarida (membentuk glikoprotein). Ini adalah reseptor molekul pelik yang menangkap hormon. Apabila hormon tertentu mengikat reseptornya, ia mengubah strukturnya. Ini seterusnya mencetuskan mekanisme tindak balas selular. Dalam kes ini, saluran boleh dibuka, dan bahan tertentu boleh mula masuk atau keluar dari sel.
Fungsi reseptor membran sel telah dikaji dengan baik berdasarkan tindakan hormon insulin. Apabila insulin mengikat reseptor glikoproteinnya, bahagian intraselular pemangkin protein ini (enzim adenilat siklase) diaktifkan. Enzim mensintesis AMP kitaran daripada ATP. Ia sudah mengaktifkan atau menyekat pelbagai enzim metabolisme selular.
Fungsi reseptor membran sitoplasma juga termasuk pengiktirafan sel jiran dari jenis yang sama. Sel-sel tersebut dilekatkan antara satu sama lain melalui pelbagai hubungan antara sel.
Dalam tisu, dengan bantuan hubungan antara sel, sel boleh bertukar maklumat antara satu sama lain menggunakan bahan molekul rendah yang disintesis khas. Satu contoh interaksi sedemikian ialah perencatan sentuhan, apabila sel berhenti berkembang selepas menerima maklumat bahawa ruang kosong telah diduduki.
Hubungan antara sel boleh menjadi mudah (membran sel yang berbeza bersebelahan antara satu sama lain), mengunci (invaginasi membran satu sel ke sel lain), desmosom (apabila membran disambungkan oleh berkas gentian melintang yang menembusi sitoplasma). Di samping itu, terdapat variasi hubungan antara sel disebabkan oleh mediator (perantara) - sinaps. Di dalamnya, isyarat dihantar bukan sahaja secara kimia, tetapi juga secara elektrik. Sinaps menghantar isyarat antara sel saraf, serta dari saraf ke sel otot.
Membran sitoplasma (plasmalemma)- bahagian utama radas permukaan, universal untuk semua sel. Ketebalannya kira-kira 10 nm. Plasmalemma mengehadkan sitoplasma dan melindunginya daripada pengaruh luar, dan mengambil bahagian dalam proses metabolik antara sel dan persekitaran ekstraselular.
Komponen utama membran ialah lipid dan protein. Lipid membentuk kira-kira 40% daripada jisim membran. Fosfolipid mendominasi di kalangan mereka.
Molekul fosfolipid tersusun dalam lapisan berganda (lipid dwilapisan). Seperti yang anda sedia maklum, setiap molekul fosfolipid dibentuk oleh kepala hidrofilik polar dan ekor hidrofobik bukan polar. Dalam membran sitoplasma, kepala hidrofilik menghadap bahagian luar dan dalam membran, dan ekor hidrofobik menghadap bahagian dalam membran (Rajah 30).
Selain lipid, membran mengandungi dua jenis protein: integral dan periferal. Protein integral lebih kurang direndam dalam membran atau menembusinya. Protein periferal terletak pada permukaan luar dan dalam membran, dan kebanyakannya memastikan interaksi plasmalemma dengan supramembrane dan struktur intraselular.
Molekul oligo- dan polisakarida boleh terletak pada permukaan luar membran sitoplasma. Mereka secara kovalen mengikat lipid dan protein membran, membentuk glikolipid dan glikoprotein. Dalam sel haiwan, lapisan karbohidrat seperti itu meliputi seluruh permukaan membran plasma, membentuk kompleks supramembrane. Ia dikenali sebagai glycocalyx(dari lat. glycis — manis, kalyum- kulit tebal).
Fungsi membran sitoplasma. Membran plasma melakukan beberapa fungsi, yang paling penting ialah penghalang, reseptor dan pengangkutan.
Fungsi penghalang. Membran sitoplasma mengelilingi sel pada semua sisi, memainkan peranan sebagai penghalang - penghalang antara kandungan intraselular yang disusun secara kompleks dan persekitaran ekstraselular. Fungsi penghalang disediakan, pertama sekali, oleh lipid dwilapisan, yang tidak membenarkan kandungan sel merebak dan menghalang penembusan bahan asing ke dalam sel.
Fungsi reseptor. Membran sitoplasma mengandungi protein yang mampu mengubah struktur spatialnya sebagai tindak balas kepada pelbagai faktor persekitaran dan dengan itu menghantar isyarat ke dalam sel. Akibatnya, membran sitoplasma menyediakan kerengsaan sel (keupayaan untuk melihat rangsangan dan bertindak balas kepada mereka dengan cara tertentu), bertukar maklumat antara sel dan persekitaran.
Sesetengah protein reseptor membran sitoplasma dapat mengenali bahan tertentu dan secara khusus mengikatnya. Protein sedemikian mungkin terlibat dalam pemilihan molekul yang diperlukan untuk memasuki sel.
Protein reseptor termasuk, sebagai contoh, reseptor pengiktirafan antigen limfosit, reseptor hormon dan neurotransmitter, dan lain-lain. Dalam pelaksanaan fungsi reseptor, sebagai tambahan kepada protein membran, unsur-unsur glycocalyx memainkan peranan penting.
Kepelbagaian dan kekhususan set reseptor pada permukaan sel membawa kepada penciptaan sistem penanda yang kompleks yang memungkinkan untuk membezakan sel s.self:/ (dari individu yang sama atau spesies yang sama) daripada s.asing: / sel. Terima kasih kepada ini, sel boleh berinteraksi antara satu sama lain (contohnya, konjugasi dalam bakteria, pembentukan tisu pada haiwan).
Reseptor khusus yang bertindak balas kepada pelbagai faktor fizikal boleh disetempatkan dalam membran sitoplasma. Sebagai contoh, dalam plasmalemma sel haiwan sensitif cahaya terdapat sistem fotoreseptor khas, peranan utama dalam fungsinya dimainkan oleh pigmen visual rhodopsin. Dengan bantuan fotoreseptor, isyarat cahaya ditukar menjadi isyarat kimia, yang seterusnya membawa kepada kemunculan impuls saraf.
Fungsi pengangkutan. Salah satu fungsi utama plasmalemma adalah untuk memastikan pengangkutan bahan baik ke dalam sel dan keluar darinya ke dalam persekitaran ekstraselular. Terdapat beberapa kaedah utama pengangkutan bahan merentasi membran sitoplasma: resapan mudah, resapan dipermudah, pengangkutan aktif dan pengangkutan dalam pembungkusan membran (Rajah 31).
Dengan resapan mudah, pergerakan spontan bahan merentasi membran diperhatikan dari kawasan di mana kepekatan bahan ini lebih tinggi ke kawasan di mana kepekatannya lebih rendah. Melalui resapan mudah, molekul kecil (contohnya, H 2 0, 0 2, CO 2, urea) dan ion boleh melalui plasmalemma. Sebagai peraturan, bahan nonpolar diangkut terus melalui dwilapisan lipid, dan molekul dan ion polar diangkut melalui saluran yang dibentuk oleh protein membran khas. Resapan mudah berlaku agak perlahan. Untuk mempercepatkan pengangkutan meresap, terdapat protein pembawa membran. Mereka secara selektif mengikat satu atau lain ion atau molekul dan mengangkutnya merentasi membran. Jenis pengangkutan ini dipanggil difusi terfasilitasi. Kadar pemindahan bahan semasa resapan termudah adalah berkali-kali lebih tinggi daripada semasa resapan ringkas.
Penyebaran (mudah dan dipermudah) ialah jenis pengangkutan pasif. Ia dicirikan oleh fakta bahawa bahan diangkut melalui membran tanpa perbelanjaan tenaga dan hanya ke arah di mana terdapat kepekatan bahan-bahan ini yang lebih rendah.
Pengangkutan aktif ialah pemindahan bahan merentasi membran dari kawasan berkepekatan rendah bahan ini ke kawasan berkepekatan lebih tinggi. Untuk tujuan ini, membran mengandungi pam khas yang beroperasi menggunakan tenaga (lihat Rajah 31). Selalunya, tenaga ATP digunakan untuk mengendalikan pam membran.
Salah satu pam membran yang paling biasa ialah natrium-kalium Fasa AT (Na + /K + - Fasa AT). Ia mengeluarkan ion Na + daripada sel dan mengepam ion K + ke dalamnya Untuk bekerja, Na + /K + -ATPase menggunakan tenaga yang dibebaskan semasa hidrolisis ATP. Terima kasih kepada pam ini, perbezaan antara kepekatan Na + dan K + dalam sel dan persekitaran ekstraselular dikekalkan, yang mendasari banyak proses bioelektrik dan pengangkutan.
Hasil daripada pengangkutan aktif dengan bantuan pam membran, kandungan Mgr +, Ca 2+ dan ion lain dalam sel juga dikawal.
Melalui pengangkutan aktif, bukan sahaja ion, tetapi juga monosakarida, asid amino, dan bahan molekul rendah lain boleh bergerak merentasi membran sitoplasma.
Jenis pengangkutan membran yang unik dan agak dikaji adalah pengangkutan yang dibungkus membran. Bergantung pada arah di mana bahan diangkut (ke dalam atau keluar dari sel), dua jenis pengangkutan ini dibezakan - endositosis dan eksositosis.
Endositosis (Greek. endon- dalam, kitos- sel, sel) - penyerapan zarah luar oleh sel melalui pembentukan vesikel membran. Semasa endositosis, kawasan tertentu plasmalemma menyelubungi bahan ekstraselular dan menangkapnya, melampirkannya dalam bungkusan membran (Rajah 32).
Terdapat jenis endositosis seperti fagositosis (penangkapan dan penyerapan zarah pepejal) dan pinositosis (penyerapan cecair).
Melalui endositosis, protista heterotropik memberi makan, tindak balas pertahanan badan (penyerapan zarah asing oleh leukosit), dsb.
Eksositosis (dari bahasa Yunani. exo- luar) - pengangkutan bahan yang tertutup dalam pembungkusan membran dari sel ke persekitaran luar. Sebagai contoh, vesikel kompleks Golgi bergerak ke membran sitoplasma dan bergabung dengannya, dan kandungan vesikel dilepaskan ke persekitaran ekstraselular. Dengan cara ini, sel merembeskan enzim pencernaan, hormon dan bahan lain.
1. Adakah mungkin untuk melihat plasmalemma dengan mikroskop cahaya? Apakah komposisi kimia dan struktur membran sitoplasma?
2. Apakah itu glycocalyx? Apakah ciri-ciri sel itu?
3. Senaraikan dan terangkan fungsi utama plasmalemma.
4. Dalam cara apakah bahan boleh diangkut merentasi membran? Apakah perbezaan asas antara pengangkutan pasif dan pengangkutan aktif?
5. Bagaimanakah proses fagositosis dan pinositosis berbeza? Apakah persamaan antara proses ini?
6. Bandingkan pelbagai jenis pengangkutan bahan ke dalam sel. Nyatakan persamaan dan perbezaan mereka.
7. Apakah fungsi yang tidak boleh dilakukan oleh membran sitoplasma jika ia tidak mengandungi protein? Wajarkan jawapan anda.
8. Sesetengah bahan (contohnya, dietil eter, kloroform) menembusi membran biologi lebih cepat daripada air, walaupun molekulnya jauh lebih besar daripada molekul air. Apakah kaitan ini?
- § 1. Kandungan unsur kimia dalam badan. Unsur makro dan mikro
- § 2. Sebatian kimia dalam organisma hidup. Bahan bukan organik
- § 10. Sejarah penemuan sel. Penciptaan teori sel
- § 15. Retikulum endoplasma. Kompleks Golgi. Lisosom
- § 24. Ciri umum metabolisme dan penukaran tenaga
Bab 1. Komponen kimia organisma hidup
Bab 2. Sel - unit struktur dan fungsi organisma hidup
Bab 3. Metabolisme dan penukaran tenaga dalam badan
Bab 4. Organisasi struktur dan pengawalseliaan fungsi dalam organisma hidup
Maklumat am tentang sel eukariotik
Setiap sel eukariotik mempunyai nukleus yang berasingan, yang mengandungi bahan genetik yang dibatasi daripada matriks oleh membran nuklear (ini adalah perbezaan utama daripada sel prokariotik). Bahan genetik tertumpu terutamanya dalam bentuk kromosom, yang mempunyai struktur kompleks dan terdiri daripada untaian molekul DNA dan protein. Pembahagian sel berlaku melalui mitosis (dan untuk sel kuman, meiosis). Eukariota termasuk organisma unisel dan multisel.
Terdapat beberapa teori asal usul sel eukariotik, salah satunya adalah endosimbiontik. Sel aerobik jenis seperti bakteria menembusi ke dalam sel anaerobik heterotropik, yang berfungsi sebagai asas untuk penampilan mitokondria. Sel-sel seperti spirochete mula menembusi sel-sel ini, yang menimbulkan pembentukan sentriol. Bahan keturunan dipisahkan dari sitoplasma, nukleus muncul, dan mitosis muncul. Sesetengah sel eukariotik telah diceroboh oleh sel seperti alga biru-hijau, yang menimbulkan kloroplas. Ini adalah bagaimana kerajaan tumbuhan kemudiannya timbul.
Saiz sel badan manusia berbeza dari 2-7 mikron (untuk platelet) kepada saiz gergasi (sehingga 140 mikron untuk telur).
Bentuk sel ditentukan oleh fungsi yang mereka lakukan: sel saraf adalah stellate kerana banyak proses (akson dan dendrit), sel otot memanjang kerana mereka mesti mengecut, sel darah merah boleh berubah bentuk semasa mereka bergerak melalui. kapilari kecil.
Struktur sel eukariotik organisma haiwan dan tumbuhan adalah hampir sama. Setiap sel dibatasi di luar oleh membran sel, atau plasmalemma. Ia terdiri daripada membran sitoplasma dan lapisan glycocalyx(10-20 nm tebal), yang meliputinya dari luar. Komponen glikokaliks adalah kompleks polisakarida dengan protein (glikoprotein) dan lemak (glikolipid).
Membran sitoplasma adalah kompleks dwilapisan fosfolipid dengan protein dan polisakarida.
Dalam sel mereka merembeskan nukleus dan sitoplasma. Nukleus sel terdiri daripada membran, sap nuklear, nukleolus dan kromatin. Sampul nuklear terdiri daripada dua membran yang dipisahkan oleh ruang perinuklear dan meresap dengan liang.
Asas jus nuklear (matriks) terdiri daripada protein: filamen, fibrillar (fungsi sokongan), globular, RNA heteronuklear dan mRNA (hasil pemprosesan).
Nukleolus ialah struktur di mana pembentukan dan kematangan RNA ribosom (rRNA) berlaku.
Kromatin dalam bentuk rumpun, ia bertaburan dalam nukleoplasma dan merupakan bentuk fasa nitrogen kewujudan kromosom.
Sitoplasma mengandungi bahan utama (matriks, hyaloplasma), organel dan inklusi.
Organel boleh menjadi kepentingan umum dan istimewa (dalam sel yang menjalankan fungsi tertentu: mikrovili epitelium penyerapan usus, myofibril sel otot, dll.).
Organel yang mempunyai kepentingan umum ialah retikulum endoplasma (licin dan kasar), kompleks Golgi, mitokondria, ribosom dan polisom, lisosom, peroksisom, mikrofibril dan mikrotubulus, sentriol pusat sel.
Sel tumbuhan juga mengandungi kloroplas, di mana fotosintesis berlaku.
Membran asas terdiri daripada dwilapisan lipid dalam kompleks dengan protein (glikoprotein: protein + karbohidrat, lipoprotein: lemak + protein). Lipid termasuk fosfolipid, kolesterol, glikolipid (karbohidrat + lemak), dan lipoprotein. Setiap molekul lemak mempunyai kepala hidrofilik polar dan ekor hidrofobik bukan polar. Dalam kes ini, molekul berorientasikan supaya kepala menghadap ke luar dan di dalam sel, dan ekor non-polar menghadap ke dalam membran itu sendiri. Ini mencapai kebolehtelapan terpilih untuk bahan memasuki sel.
Terdapat protein periferi (ia terletak hanya pada permukaan dalaman atau luaran membran), integral (mereka tertanam dengan kuat dalam membran, tenggelam di dalamnya, dan dapat mengubah kedudukannya bergantung pada keadaan sel). Fungsi protein membran: reseptor, struktur (mengekalkan bentuk sel), enzimatik, pelekat, antigen, pengangkutan.
Struktur membran asas adalah mozek cecair: lemak membentuk bingkai kristal cecair, dan protein dibina secara mozek ke dalamnya dan boleh mengubah kedudukannya.
Fungsi yang paling penting: menggalakkan petak - pembahagian kandungan sel kepada sel berasingan yang berbeza dalam butiran komposisi kimia atau enzimnya. Ini mencapai keteraturan kandungan dalaman mana-mana sel eukariotik yang tinggi. Pembahagian menggalakkan pemisahan spatial proses yang berlaku dalam sel. Petak berasingan (sel) diwakili oleh beberapa organel membran (contohnya, lisosom) atau bahagiannya (krista yang dibatasi oleh membran dalam mitokondria).
Ciri-ciri lain:
1) penghalang (pembatasan kandungan dalaman sel);
2) struktur (memberi bentuk tertentu kepada sel mengikut fungsi yang dilakukannya);
3) pelindung (disebabkan oleh kebolehtelapan terpilih, penerimaan dan antigenik membran);
4) kawal selia (peraturan kebolehtelapan terpilih untuk pelbagai bahan (pengangkutan pasif tanpa penggunaan tenaga mengikut undang-undang resapan atau osmosis dan pengangkutan aktif dengan penggunaan tenaga oleh pinositosis, endo- dan eksositosis, pam natrium-kalium, fagositosis));
5) fungsi pelekat (semua sel disambungkan antara satu sama lain melalui hubungan tertentu (ketat dan longgar));
6) reseptor (disebabkan oleh kerja protein membran periferi). Terdapat reseptor tidak spesifik yang menerima beberapa rangsangan (contohnya, termoreceptor sejuk dan haba), dan reseptor khusus yang menerima hanya satu rangsangan (reseptor sistem persepsi cahaya mata);
7) elektrogenik (perubahan dalam potensi elektrik permukaan sel akibat pengagihan semula ion kalium dan natrium (potensi membran sel saraf ialah 90 mV));
8) antigenik: dikaitkan dengan glikoprotein dan polisakarida membran. Pada permukaan setiap sel terdapat molekul protein yang khusus hanya untuk jenis sel ini. Dengan bantuan mereka, sistem imun dapat membezakan antara sel sendiri dan sel asing.
Membran sitoplasma
Imej membran sel. Bola biru dan putih kecil sepadan dengan kepala hidrofilik lipid, dan garisan yang melekat padanya sepadan dengan ekor hidrofobik. Rajah menunjukkan hanya protein membran integral (globul merah dan heliks kuning). Titik bujur kuning di dalam membran - molekul kolesterol Rantaian manik kuning-hijau di luar membran - rantai oligosakarida membentuk glikokaliks
Membran biologi juga merangkumi pelbagai protein: kamiran (menembusi membran melalui), separa kamiran (direndam pada satu hujung dalam lapisan lipid luar atau dalam), permukaan (terletak di bahagian luar atau bersebelahan dengan bahagian dalam membran). Sesetengah protein adalah titik hubungan antara membran sel dan sitoskeleton di dalam sel, dan dinding sel (jika ada) di luar. Beberapa protein integral berfungsi sebagai saluran ion, pelbagai pengangkut dan reseptor.
Fungsi biomembran
- halangan - memastikan metabolisme terkawal, selektif, pasif dan aktif dengan persekitaran. Sebagai contoh, membran peroksisom melindungi sitoplasma daripada peroksida yang berbahaya kepada sel. Kebolehtelapan terpilih bermaksud kebolehtelapan membran kepada atom atau molekul yang berbeza bergantung pada saiz, cas elektrik dan sifat kimianya. Kebolehtelapan terpilih memastikan bahawa sel dan petak selular diasingkan daripada persekitaran dan dibekalkan dengan bahan yang diperlukan.
- pengangkutan - pengangkutan bahan masuk dan keluar dari sel berlaku melalui membran. Pengangkutan melalui membran memastikan: penghantaran nutrien, penyingkiran produk akhir metabolik, rembesan pelbagai bahan, penciptaan kecerunan ion, pengekalan pH yang sesuai dan kepekatan ionik dalam sel, yang diperlukan untuk berfungsi enzim selular.
Zarah yang atas sebab tertentu tidak dapat melintasi dwilapisan fosfolipid (contohnya, disebabkan oleh sifat hidrofilik, kerana membran di dalamnya adalah hidrofobik dan tidak membenarkan bahan hidrofilik melaluinya, atau kerana saiznya yang besar), tetapi perlu untuk sel, boleh menembusi membran melalui protein pembawa khas (pengangkut) dan protein saluran atau melalui endositosis.
Semasa pengangkutan pasif, bahan melintasi dwilapisan lipid tanpa penggunaan tenaga, secara resapan. Varian mekanisme ini dipermudahkan resapan, di mana molekul tertentu membantu bahan melalui membran. Molekul ini mungkin mempunyai saluran yang membenarkan hanya satu jenis bahan melaluinya.
Pengangkutan aktif memerlukan tenaga kerana ia berlaku terhadap kecerunan kepekatan. Terdapat protein pam khas pada membran, termasuk ATPase, yang secara aktif mengepam ion kalium (K+) ke dalam sel dan mengepam ion natrium (Na+) daripadanya.
- matriks - memastikan kedudukan relatif tertentu dan orientasi protein membran, interaksi optimum mereka;
- mekanikal - memastikan autonomi sel, struktur intraselularnya, serta sambungan dengan sel lain (dalam tisu). Dinding sel memainkan peranan utama dalam memastikan fungsi mekanikal, dan pada haiwan, bahan antara sel.
- tenaga - semasa fotosintesis dalam kloroplas dan respirasi selular dalam mitokondria, sistem pemindahan tenaga beroperasi dalam membran mereka, di mana protein juga mengambil bahagian;
- reseptor - beberapa protein yang berada di dalam membran adalah reseptor (molekul dengan bantuan sel yang melihat isyarat tertentu).
Sebagai contoh, hormon yang beredar dalam darah bertindak hanya pada sel sasaran yang mempunyai reseptor yang sepadan dengan hormon ini. Neurotransmitter (bahan kimia yang memastikan pengaliran impuls saraf) juga mengikat kepada protein reseptor khas dalam sel sasaran.
- enzimatik - protein membran selalunya enzim. Sebagai contoh, membran plasma sel epitelium usus mengandungi enzim pencernaan.
- pelaksanaan penjanaan dan pengaliran potensi bio.
Dengan bantuan membran, kepekatan ion yang berterusan dikekalkan dalam sel: kepekatan ion K+ di dalam sel jauh lebih tinggi daripada di luar, dan kepekatan Na+ jauh lebih rendah, yang sangat penting, kerana ini memastikan pengekalan beza keupayaan pada membran dan penjanaan impuls saraf.
- penandaan sel - terdapat antigen pada membran yang bertindak sebagai penanda - "label" yang membolehkan sel dikenal pasti. Ini adalah glikoprotein (iaitu, protein dengan rantai sisi oligosakarida bercabang yang melekat padanya) yang memainkan peranan sebagai "antena". Oleh kerana pelbagai konfigurasi rantai sisi, adalah mungkin untuk membuat penanda khusus untuk setiap jenis sel. Dengan bantuan penanda, sel boleh mengenali sel lain dan bertindak bersama mereka, contohnya, dalam pembentukan organ dan tisu. Ini juga membolehkan sistem imun mengenali antigen asing.
Struktur dan komposisi biomembran
Membran terdiri daripada tiga kelas lipid: fosfolipid, glikolipid dan kolesterol. Fosfolipid dan glikolipid (lipid dengan karbohidrat melekat) terdiri daripada dua ekor hidrokarbon hidrofobik panjang yang disambungkan kepada kepala hidrofilik bercas. Kolesterol memberikan ketegaran membran dengan menduduki ruang bebas antara ekor hidrofobik lipid dan menghalangnya daripada lentur. Oleh itu, membran dengan kandungan kolesterol rendah lebih fleksibel, dan mereka yang mempunyai kandungan kolesterol tinggi lebih tegar dan rapuh. Kolesterol juga berfungsi sebagai "penyumbat" yang menghalang pergerakan molekul polar dari sel dan ke dalam sel. Bahagian penting membran terdiri daripada protein yang menembusinya dan bertanggungjawab untuk pelbagai sifat membran. Komposisi dan orientasi mereka berbeza dalam membran yang berbeza.
Membran sel selalunya tidak simetri, iaitu, lapisan berbeza dalam komposisi lipid, peralihan molekul individu dari satu lapisan ke lapisan lain (apa yang dipanggil flip flop) adalah sukar.
Organel membran
Ini adalah bahagian tunggal atau saling berkait sitoplasma yang tertutup, dipisahkan daripada hyaloplasma oleh membran. Organel membran tunggal termasuk retikulum endoplasma, radas Golgi, lisosom, vakuol, peroksisom; kepada membran berganda - nukleus, mitokondria, plastid. Bahagian luar sel dibatasi oleh membran plasma yang dipanggil. Struktur membran pelbagai organel berbeza dalam komposisi lipid dan protein membran.
Kebolehtelapan terpilih
Membran sel mempunyai kebolehtelapan terpilih: glukosa, asid amino, asid lemak, gliserol dan ion perlahan-lahan meresap melaluinya, dan membran itu sendiri, pada tahap tertentu, secara aktif mengawal proses ini - sesetengah bahan melaluinya, tetapi yang lain tidak. Terdapat empat mekanisme utama untuk kemasukan bahan ke dalam sel atau keluar dari sel: resapan, osmosis, pengangkutan aktif dan exo- atau endositosis. Dua proses pertama adalah bersifat pasif, i.e. tidak memerlukan penggunaan tenaga; Dua yang terakhir ialah proses aktif yang berkaitan dengan penggunaan tenaga.
Kebolehtelapan terpilih membran semasa pengangkutan pasif adalah disebabkan oleh saluran khas - protein integral. Mereka menembusi membran melalui, membentuk sejenis laluan. Unsur K, Na dan Cl mempunyai salurannya sendiri. Berbanding dengan kecerunan kepekatan, molekul unsur-unsur ini bergerak masuk dan keluar dari sel. Apabila jengkel, saluran ion natrium terbuka dan kemasukan ion natrium secara tiba-tiba ke dalam sel berlaku. Dalam kes ini, ketidakseimbangan potensi membran berlaku. Selepas itu potensi membran dipulihkan. Saluran kalium sentiasa terbuka, membenarkan ion perlahan-lahan memasuki sel
Mana-mana sel hidup dipisahkan dari persekitaran oleh membran nipis struktur khas - membran sitoplasma (CPM). Eukariota mempunyai banyak membran intrasel yang memisahkan ruang organel daripada sitoplasma, manakala bagi kebanyakan prokariot, CPM adalah satu-satunya membran sel. Dalam sesetengah bakteria dan archaea, ia boleh menembusi ke dalam sitoplasma, membentuk pertumbuhan dan lipatan pelbagai bentuk.
CPM mana-mana sel dibina mengikut pelan tunggal dan terdiri daripada fosfolipid (Rajah 3.5, A). Dalam bakteria, ia mengandungi dua asid lemak, biasanya dengan 16-18 atom karbon dalam rantai dan dengan tepu atau satu ikatan tak tepu, disambungkan oleh ikatan ester kepada dua kumpulan hidroksil gliserol. Komposisi asid lemak bakteria boleh berbeza-beza sebagai tindak balas kepada perubahan persekitaran, terutamanya suhu. Apabila suhu menurun, jumlah asid lemak tak tepu dalam komposisi fosfolipid meningkat, yang memberi kesan ketara kepada kecairan membran. Sesetengah asid lemak mungkin bercabang atau mengandungi cincin siklopropana. Kumpulan OH ketiga gliserol disambungkan kepada sisa asid fosforik dan melaluinya ke kumpulan kepala. Kumpulan kepala fosfolipid mungkin mempunyai sifat kimia yang berbeza dalam prokariot yang berbeza (phosphatidylethanolamine, phosphatidylglycerol, cardiolipin, phosphatidylserine, lecithin, dsb.), tetapi strukturnya lebih ringkas berbanding eukariota. Contohnya, di E coli, mereka diwakili oleh 75% phosphatidylethanolamine, 20% phosphatidylglycerol, selebihnya terdiri daripada cardiolipin (diphosphatidylglycerol), phosphatidylserine dan jumlah surih sebatian lain. Bakteria lain mempunyai jenis lipid membran yang lebih kompleks. Sesetengah sel membentuk glikolipid seperti monogalactosil diglyceride. Lipid membran archaeal berbeza daripada eukariotik dan bakteria. Daripada asid lemak, ia mengandungi alkohol isoprenoid yang lebih tinggi yang dilekatkan pada gliserol melalui ikatan ringkas dan bukannya ester.
nasi. 3.5.
A- fosfolipid; b- membran dwilapisan
O O o O o o
Molekul sedemikian membentuk dwilapisan membran, di mana bahagian hidrofobik menghadap ke dalam, dan bahagian hidrofilik menghadap ke luar, ke dalam persekitaran dan ke dalam sitoplasma (Rajah 3.5, b). Banyak protein tertanam dalam atau bersilang dwilapisan dan boleh meresap dalam membran, kadangkala membentuk kompleks kompleks. Protein membran mempunyai beberapa fungsi penting, termasuk penukaran dan penyimpanan tenaga metabolik, pengawalan penyerapan dan pembebasan semua nutrien dan produk metabolik. Di samping itu, mereka mengenali dan menghantar banyak isyarat yang mencerminkan perubahan dalam persekitaran dan mencetuskan lata tindak balas yang sepadan yang membawa kepada tindak balas selular. Organisasi membran ini dijelaskan dengan baik oleh model kristal cecair dengan mozek yang diselingi dengan protein membran (Rajah 3.6).
nasi. 3.6.
Kebanyakan membran biologi mempunyai ketebalan 4 hingga 7 nm. Membran sel boleh dilihat dengan jelas dalam mikroskop elektron penghantaran apabila dibezakan dengan logam berat. Dalam mikrograf elektron ia kelihatan seperti pembentukan tiga lapisan: dua lapisan gelap luar menunjukkan kedudukan kumpulan kutub lipid, dan lapisan tengah yang terang menunjukkan ruang dalam hidrofobik (Rajah 3.7).
Satu lagi teknik untuk mengkaji membran adalah untuk mendapatkan sel yang dibelah beku pada suhu nitrogen cecair dan membezakan permukaan yang terhasil dengan memercikkan logam berat.
(platinum, emas, perak). Persediaan yang terhasil dilihat di bawah mikroskop elektron pengimbasan. Dalam kes ini, seseorang dapat melihat permukaan membran dan protein membran mozek yang termasuk di dalamnya, yang tidak meluas melalui membran, tetapi disambungkan oleh kawasan penambat hidrofobik khas ke kawasan hidrofobik dwilapisan.
nasi. 3.7.
CPM mempunyai sifat kebolehtelapan terpilih, menghalang pergerakan bebas kebanyakan bahan masuk dan keluar dari sel, dan juga memainkan peranan penting dalam pertumbuhan dan pembahagian sel, pergerakan, dan eksport permukaan dan protein ekstraselular dan karbohidrat (eksopolisakarida) . Jika sel diletakkan dalam persekitaran dengan tekanan osmotik yang lebih tinggi atau lebih rendah daripada di dalam sitoplasma, maka air akan meninggalkan sel atau air akan memasukinya. Ini mencerminkan sifat air untuk menyamakan kecerunan larutan. Dalam kes ini, sitoplasma mengecut atau mengembang (fenomena plasmolisis/deplasmolisis). Kebanyakan bakteria, bagaimanapun, tidak mengubah bentuknya dalam eksperimen sedemikian kerana kehadiran dinding sel yang tegar.
CPM mengawal aliran nutrien dan metabolit. Kehadiran lapisan hidrofobik yang dibentuk oleh lipid membran menghalang laluan mana-mana molekul polar dan makromolekul melaluinya. Sifat ini membolehkan sel, yang biasanya wujud dalam larutan cair, untuk mengekalkan makromolekul berguna dan prekursor metabolik. Membran sel juga direka bentuk untuk menjalankan fungsi pengangkutan. Lazimnya, prokariot mempunyai sejumlah besar sistem pengangkutan yang sangat spesifik. Pengangkutan adalah sebahagian daripada keseluruhan bioenergetik sel, yang mencipta dan menggunakan pelbagai kecerunan ionik melalui CPM untuk mengangkut bahan dan membentuk kecerunan lain yang diperlukan untuk sel. CPM memainkan peranan penting dalam pergerakan, pertumbuhan dan pembahagian sel. Banyak proses metabolik tertumpu dalam membran prokariot. Protein membran melakukan fungsi penting: mereka mengambil bahagian dalam transformasi dan penyimpanan tenaga, mengawal selia penyerapan dan pembebasan semua nutrien dan produk metabolik, mengenali dan menghantar isyarat tentang perubahan dalam persekitaran.