bioloogilised membraanid.
Mõistet "membraan" (ladina keeles membrana – nahk, kile) hakati kasutama rohkem kui 100 aastat tagasi, tähistamaks rakupiiri, mis ühest küljest toimib barjäärina raku sisu ja väliskeskkonna vahel. , ja teisest küljest poolläbilaskva vaheseinana, millest pääseb läbi vesi ja mõned ained. Kuid membraani funktsioonid ei ole ammendatud, kuna bioloogilised membraanid moodustavad raku struktuurilise korralduse aluse.
Membraani struktuur. Selle mudeli järgi on põhimembraaniks lipiidide kaksikkiht, milles molekulide hüdrofoobsed sabad on pööratud sissepoole ja hüdrofiilsed pead väljapoole. Lipiide esindavad fosfolipiidid - glütserooli või sfingosiini derivaadid. Valgud kinnituvad lipiidikihile. Integraalsed (transmembraansed) valgud tungivad läbi membraani ja on sellega kindlalt seotud; perifeersed ei tungi läbi ja on membraaniga vähem kindlalt seotud. Membraanivalkude funktsioonid: membraanide struktuuri säilitamine, keskkonna signaalide vastuvõtmine ja muundamine. keskkond, teatud ainete transport, membraanidel toimuvate reaktsioonide katalüüs. membraani paksus on 6 kuni 10 nm.

Membraani omadused:
1. Sujuvus. Membraan ei ole jäik struktuur, suurem osa selle valkudest ja lipiididest võivad liikuda membraanide tasapinnal.
2. Asümmeetria. Nii valkude kui ka lipiidide välise ja sisemise kihi koostis on erinev. Lisaks on loomarakkude plasmamembraanidel väljastpoolt glükoproteiinide kiht (glükokalüks, mis täidab signaali- ja retseptori funktsioone ning on oluline ka rakkude ühendamisel kudedeks)
3. Polaarsus. Membraani väliskülg kannab positiivset, sisemine aga negatiivset laengut.
4. Valikuline läbilaskvus. Elusrakkude membraanid läbivad lisaks veele ainult teatud molekule ja lahustunud ainete ioone. (Rakumembraanide puhul ei ole mõiste "poolläbilaskvus" kasutamine täiesti õige, kuna see kontseptsioon eeldab, et membraan läbib ainult lahustit molekule, säilitades samal ajal kõik molekulid ja lahustunud ioonid.)

Välimine rakumembraan (plasmalemma) on 7,5 nm paksune ultramikroskoopiline kile, mis koosneb valkudest, fosfolipiididest ja veest. Elastne kile, veest hästi niisutatud ja pärast kahjustusi kiiresti taastav. Sellel on universaalne struktuur, mis on tüüpiline kõikidele bioloogilistele membraanidele. Selle membraani piiripositsioon, osalemine selektiivse läbilaskvuse, pinotsütoosi, fagotsütoosi, eritusproduktide eritumise ja sünteesi protsessides koos naaberrakkudega ja raku kaitsmine kahjustuste eest muudab selle rolli äärmiselt oluliseks. Loomarakud väljaspool membraani on mõnikord kaetud õhukese kihiga, mis koosneb polüsahhariididest ja valkudest - glükokalüksist. Taimerakkudel väljaspool rakumembraani on tugev rakusein, mis loob välise toe ja hoiab raku kuju. See koosneb kiudainetest (tselluloosist), vees lahustumatust polüsahhariidist.

Kellelegi pole saladus, et kõik meie planeedi elusolendid koosnevad nende rakkudest, nendest lugematutest "" orgaanilistest ainetest. Rakke omakorda ümbritseb spetsiaalne kaitsekest – membraan, mis mängib raku elus väga olulist rolli ning rakumembraani funktsioonid ei piirdu ainult raku kaitsmisega, vaid kujutavad endast kõige keerulisemat sellega seotud mehhanismi. rakkude paljunemises, toitumises ja taastumises.

Mis on rakumembraan

Sõna "membraan" ise on ladina keelest tõlgitud kui "kile", kuigi membraan pole lihtsalt kile, millesse rakk on mähitud, vaid kahe omavahel ühendatud ja erinevate omadustega kile kombinatsioon. Tegelikult on rakumembraan kolmekihiline lipoproteiini (rasvvalk) membraan, mis eraldab iga raku naaberrakkudest ja keskkonnast ning teostab kontrollitud vahetust rakkude ja rakkude vahel. keskkond, see on rakumembraani akadeemiline määratlus.

Membraani väärtus on lihtsalt tohutu, sest see mitte ainult ei eralda üht rakku teisest, vaid tagab ka raku koostoime nii teiste rakkudega kui ka keskkonnaga.

Rakumembraanide uurimise ajalugu

Olulise panuse rakumembraani uurimisse andsid kaks Saksa teadlast Gorter ja Grendel juba 1925. aastal. Just siis õnnestus neil punaste vereliblede - erütrotsüütidega läbi viia kompleksne bioloogiline eksperiment, mille käigus said teadlased nn "varjud", tühjad erütrotsüütide kestad, mis volditi üheks hunnikuks ja mõõdeti pindala, ja ka arvutas neis sisalduvate lipiidide koguse. Saadud lipiidide hulga põhjal jõudsid teadlased järeldusele, et neist piisab täpselt rakumembraani topeltkihi jaoks.

1935. aastal tegi teine ​​paar rakumembraani-uurijaid, seekord ameeriklased Daniel ja Dawson, pärast mitmeid pikki katseid kindlaks valgusisalduse rakumembraanis. Muidu oli võimatu seletada, miks membraanil on nii suur pindpinevus. Teadlased esitasid nutikalt võileiva kujul oleva rakumembraani mudeli, milles leiva rolli täidavad homogeensed lipiid-valgukihid ja nende vahel on või asemel tühjus.

1950. aastal tulekuga elektrooniline teooria Danieli ja Dawsoni kinnitasid juba ka praktilised tähelepanekud – rakumembraani mikrofotodel oli selgelt näha lipiidide ja valgupeade kihte ning ka tühi ruum nende vahel.

1960. aastal töötas Ameerika bioloog J. Robertson välja teooria rakumembraanide kolmekihilise struktuuri kohta, mida peeti pikka aega ainsaks tõeseks, kuid teaduse edasise arenguga hakkasid tekkima kahtlused selle eksimatus. Nii et näiteks rakkude seisukohalt oleks vajalike kasulike ainete transportimine läbi kogu “võileiva” keeruline ja töömahukas.

Ja alles 1972. aastal suutsid Ameerika bioloogid S. Singer ja G. Nicholson selgitada Robertsoni teooria ebakõlasid rakumembraani uue vedeliku-mosaiikmudeli abil. Eelkõige leidsid nad, et rakumembraan ei ole koostiselt homogeenne, pealegi on see asümmeetriline ja vedelikuga täidetud. Pealegi on rakud pidevas liikumises. Ja rakumembraani moodustavatel kurikuulsatel valkudel on erinev struktuur ja funktsioonid.

Rakumembraani omadused ja funktsioonid

Vaatame nüüd, milliseid funktsioone rakumembraan täidab:

Rakumembraani barjäärfunktsioon – membraan kui tõeline piirivalvur seisab valvel raku piiride üle, viivitab, ei lase läbi kahjulikke või lihtsalt sobimatuid molekule

Rakumembraani transpordifunktsioon - membraan ei ole ainult piirivalve raku väravates, vaid ka omamoodi tollipunkt, mida läbib pidevalt kasulike ainete vahetus teiste rakkude ja keskkonnaga.

Maatriksifunktsioon - see on rakumembraan, mis määrab üksteise suhtes asukoha, reguleerib nendevahelist koostoimet.

Mehaaniline funktsioon - vastutab ühe raku piiramise eest teisest ja paralleelselt rakkude õige ühendamise eest üksteisega, nende moodustumise eest homogeenseks koeks.

Rakumembraani kaitsefunktsioon on raku kaitsekilbi ehitamise aluseks. Looduses võib selle funktsiooni näideteks olla kõva puit, tihe nahk, kaitsekesta, kõik tänu membraani kaitsefunktsioonile.

Ensümaatiline funktsioon on veel üks oluline funktsioon, mida mõned rakuvalgud täidavad. Näiteks selle funktsiooni tõttu toimub seedeensüümide süntees sooleepiteelis.

Lisaks kõigele sellele toimub rakumembraani kaudu ka rakkude ainevahetus, mis võib toimuda kolme erineva reaktsiooni kaudu:

• Fagotsütoos on rakuvahetus, mille käigus membraani sisseehitatud fagotsüütrakud püüavad kinni ja seedivad erinevaid toitaineid.
• Pinotsütoos - on rakumembraani, sellega kokkupuutes olevate vedelikumolekulide kinnipüüdmise protsess. Selleks moodustuvad membraani pinnale spetsiaalsed kõõlused, mis justkui ümbritsevad vedelikutilka, moodustades mulli, mille membraan hiljem “alla neelab”.
• Eksotsütoos – on pöördprotsess, mille käigus rakk vabastab sekretoorse funktsionaalse vedeliku läbi membraani pinnale.

Rakumembraani struktuur

Rakumembraanis on kolm lipiidide klassi:

• fosfolipiidid (need on rasvade ja fosfori kombinatsioon),
• glükolipiidid (rasvade ja süsivesikute kombinatsioon),
• kolesterooli.

Fosfolipiidid ja glükolipiidid koosnevad omakorda hüdrofiilsest peast, millesse ulatuvad kaks pikka hüdrofoobset saba. Kolesterool seevastu hõivab nende sabade vahelise ruumi, takistades nende paindumist, kõik see muudab teatud rakkude membraani teatud juhtudel väga jäigaks. Lisaks kõigele sellele reguleerivad kolesterooli molekulid rakumembraani struktuuri.

Kuid olgu kuidas on, rakumembraani ehituse kõige olulisem osa on valk, õigemini erinevad valgud, mis täidavad erinevaid olulisi rolle. Vaatamata membraanis sisalduvate valkude mitmekesisusele, on midagi, mis neid ühendab – rõngakujulised lipiidid paiknevad kõigi membraanivalkude ümber. Rõngakujulised lipiidid on spetsiaalsed struktureeritud rasvad, mis toimivad valkude kaitsekestana, ilma milleta need lihtsalt ei töötaks.

Rakumembraani struktuur on kolmekihiline: rakumembraani aluseks on homogeenne vedel lipiidikiht. Valgud katavad seda mõlemalt poolt nagu mosaiik. Just valgud mängivad lisaks ülalkirjeldatud funktsioonidele ka omapäraste kanalite rolli, mille kaudu membraani läbivad ained, mis ei suuda tungida läbi membraani vedela kihi. Nende hulka kuuluvad näiteks kaaliumi- ja naatriumioonid, nende membraanist läbitungimiseks pakub loodus rakumembraanide spetsiaalseid ioonkanaleid. Teisisõnu tagavad valgud rakumembraanide läbilaskvuse.

Kui vaatame rakumembraani läbi mikroskoobi, näeme lipiidide kihti, mille moodustavad väikesed sfäärilised molekulid, millel hõljuvad valgud nagu merel. Nüüd teate, millised ained on rakumembraani osa.

Rakumembraan, video

Ja lõpuks õpetlik video rakumembraani kohta.

Elusorganismi põhiliseks struktuuriüksuseks on rakk, mis on rakumembraaniga ümbritsetud tsütoplasma diferentseeritud osa. Arvestades asjaolu, et rakk täidab paljusid olulisi funktsioone, nagu paljunemine, toitumine, liikumine, peab kest olema plastiline ja tihe.

Rakumembraani avastamise ja uurimise ajalugu

1925. aastal tegid Grendel ja Gorder eduka katse, et tuvastada erütrotsüütide "varjud" ehk tühjad kestad. Vaatamata mitmele tehtud jämedale veale avastasid teadlased lipiidide kaksikkihi. Nende tööd jätkasid Danielli, Dawson 1935. aastal, Robertson 1960. aastal. Aastatepikkuse töö ja vaidluste kuhjumise tulemusena lõid Singer ja Nicholson 1972. aastal membraani struktuurist vedela mosaiikmudeli. Edasised katsed ja uuringud kinnitasid teadlaste töid.

Tähendus

Mis on rakumembraan? Seda sõna hakati kasutama rohkem kui sada aastat tagasi, ladina keelest tõlgituna tähendab see "kile", "nahk". Seega määrake lahtri piir, mis on loomulik barjäär sisemise sisu ja väliskeskkonna vahel. Rakumembraani struktuur viitab poolläbilaskvusele, mille tõttu pääsevad sellest vabalt läbi niiskus ja toitained ning lagunemissaadused. Seda kesta võib nimetada raku organisatsiooni peamiseks struktuurikomponendiks.

Mõelge rakumembraani peamistele funktsioonidele

1. Eraldab raku sisemise sisu ja väliskeskkonna komponendid.

2. Aitab säilitada raku püsivat keemilist koostist.

3. Reguleerib õiget ainevahetust.

4. Tagab rakkudevahelise ühenduse.

5. Tunneb ära signaalid.

6. Kaitsefunktsioon.

"Plasma kest"

Väline rakumembraan, mida nimetatakse ka plasmamembraaniks, on ultramikroskoopiline kile, mille paksus on viis kuni seitse nanomeetrit. See koosneb peamiselt valguühenditest, fosfoliidist, veest. Kile on elastne, imab kergesti vett ja taastab kiiresti ka pärast kahjustusi oma terviklikkuse.

Erineb universaalse struktuuri poolest. See membraan hõivab piiripositsiooni, osaleb selektiivse läbilaskvuse protsessis, lagunemisproduktide eritumises, sünteesib neid. Suhe "naabritega" ja sisemise sisu usaldusväärne kaitse kahjustuste eest muudavad selle oluliseks komponendiks sellises küsimuses nagu raku struktuur. rakumembraan loomorganismid on mõnikord kaetud kõige õhema kihiga - glükokalüksiga, mis sisaldab valke ja polüsahhariide. Membraanist väljapoole jäävaid taimerakke kaitseb rakusein, mis toimib toena ja hoiab kuju. Selle koostise põhikomponent on kiudaine (tselluloos) - polüsahhariid, mis ei lahustu vees.

Seega täidab välimine rakumembraan parandamise, kaitse ja teiste rakkudega suhtlemise funktsiooni.

Rakumembraani struktuur

Selle liikuva kesta paksus varieerub kuuest kuni kümne nanomeetrini. Raku rakumembraanil on eriline koostis, mille aluseks on lipiidide kaksikkiht. Vee suhtes inertsed hüdrofoobsed sabad asuvad seespool, samas kui hüdrofiilsed pead, mis suhtlevad veega, on pööratud väljapoole. Iga lipiid on fosfolipiid, mis on ainete, nagu glütserool ja sfingosiin, koosmõju tulemus. Lipiidide karkass on tihedalt ümbritsetud valkudega, mis paiknevad mittepidevas kihis. Osa neist on sukeldatud lipiidikihti, ülejäänud läbivad seda. Selle tulemusena moodustuvad vett läbilaskvad alad. Nende valkude funktsioonid on erinevad. Mõned neist on ensüümid, ülejäänud on transportvalgud, mis kannavad erinevaid aineid keskkonnast tsütoplasmasse ja vastupidi.

Rakumembraan on läbi imbunud ja tihedalt seotud integraalsete valkudega, samas kui ühendus perifeersete valkudega on nõrgem. Need valgud täidavad olulist funktsiooni, milleks on membraani struktuuri säilitamine, keskkonna signaalide vastuvõtmine ja muundamine, ainete transportimine ja membraanidel toimuvate reaktsioonide katalüüsimine.

Ühend

Rakumembraani aluseks on bimolekulaarne kiht. Tänu oma järjepidevusele on rakul barjäär ja mehaanilised omadused. Erinevatel eluetappidel võib see kaksikkiht olla häiritud. Selle tulemusena tekivad läbi hüdrofiilsete pooride struktuursed defektid. Sel juhul võivad sellise komponendi, nagu rakumembraani, absoluutselt kõik funktsioonid muutuda. Sellisel juhul võib tuum välismõjude tõttu kannatada.

Omadused

Raku rakumembraanil on huvitavaid funktsioone. Tänu oma voolavusele ei ole see kest jäik struktuur ning põhiosa selle koostist moodustavatest valkudest ja lipiididest liigub vabalt membraani tasapinnal.

Üldiselt on rakumembraan asümmeetriline, seega on valgu- ja lipiidikihtide koostis erinev. Loomarakkude plasmamembraanide välisküljel on glükoproteiini kiht, mis täidab retseptori- ja signaalifunktsioone ning mängib olulist rolli ka rakkude koeks ühendamise protsessis. Rakumembraan on polaarne, see tähendab, et laeng väljastpoolt on positiivne ja seestpoolt negatiivne. Lisaks kõigele ülaltoodule on rakumembraanil selektiivne ülevaade.

See tähendab, et lisaks veele lastakse rakku ainult teatud rühm molekule ja lahustunud ainete ioone. Sellise aine nagu naatriumi kontsentratsioon enamikus rakkudes on palju madalam kui väliskeskkonnas. Kaaliumioonide puhul on iseloomulik erinev suhe: nende arv rakus on palju suurem kui keskkonnas. Sellega seoses kipuvad naatriumiioonid tungima läbi rakumembraani ja kaaliumiioonid kipuvad vabanema väljaspool. Nendel asjaoludel aktiveerib membraan spetsiaalse süsteemi, mis täidab "pumpamise" rolli, ühtlustab ainete kontsentratsiooni: naatriumioonid pumbatakse välja raku pinnale ja kaaliumiioonid pumbatakse sissepoole. See funktsioon osa rakumembraani kõige olulisematest funktsioonidest.

See naatriumi- ja kaaliumiioonide kalduvus liikuda pinnalt sissepoole mängib suurt rolli suhkru ja aminohapete transportimisel rakku. Naatriumioonide aktiivse eemaldamise käigus rakust loob membraan tingimused glükoosi ja aminohapete uueks sissevooluks. Vastupidi, kaaliumiioonide rakku ülekandmise protsessis täiendatakse raku seest väliskeskkonda lagunemissaaduste "transporterite" arvu.

Kuidas toimub raku toitmine läbi rakumembraani?

Paljud rakud võtavad aineid sisse selliste protsesside kaudu nagu fagotsütoos ja pinotsütoos. Esimeses variandis luuakse painduva välismembraaniga väike süvend, milles kinnipüütud osake asub. Seejärel süvendi läbimõõt muutub suuremaks, kuni ümbritsetud osake siseneb raku tsütoplasmasse. Fagotsütoosi kaudu toidetakse mõned algloomad, näiteks amööb, aga ka vererakud - leukotsüüdid ja fagotsüüdid. Samamoodi imavad rakud vedelikku, mis sisaldab vajalikke toitaineid. Seda nähtust nimetatakse pinotsütoosiks.

Välismembraan on tihedalt seotud raku endoplasmaatilise retikulumiga.

Paljude koe põhikomponentide tüüpide puhul paiknevad membraani pinnal väljaulatuvad osad, voldid ja mikrovillid. Selle kesta välisküljel olevad taimerakud on kaetud teise, paksu ja mikroskoobi all selgelt nähtavaga. Kiud, millest need on valmistatud, aitavad toetada taimekudesid, näiteks puitu. Loomarakkudel on ka mitmeid väliseid struktuure, mis asuvad rakumembraani peal. Need on oma olemuselt eranditult kaitsvad, näiteks selles sisalduv kitiin terviklikud rakud putukad.

Lisaks rakumembraanile on rakusisene membraan. Selle ülesanne on jagada rakk mitmeks spetsiaalseks suletud sektsiooniks – kambriteks ehk organellideks, kus tuleb säilitada teatud keskkond.

Seega on elusorganismi põhiüksuse sellise komponendi kui rakumembraani rolli võimatu üle hinnata. Struktuur ja funktsioonid eeldavad raku kogupinna märkimisväärset laienemist, metaboolsete protsesside paranemist. See molekulaarstruktuur koosneb valkudest ja lipiididest. Eraldades raku väliskeskkonnast, tagab membraan selle terviklikkuse. Selle abiga hoitakse rakkudevahelised sidemed piisavalt tugeval tasemel, moodustades kudesid. Sellega seoses võime järeldada, et raku üks olulisemaid rolle on rakumembraanil. Selle struktuur ja funktsioonid on erinevates rakkudes sõltuvalt nende eesmärgist radikaalselt erinevad. Nende omaduste kaudu saavutatakse rakumembraanide mitmekülgne füsioloogiline aktiivsus ja nende roll rakkude ja kudede olemasolus.

Funktsionaalsete omaduste järgi võib rakumembraani jagada 9 funktsiooniks, mida see täidab.
Rakumembraani funktsioonid:
1. Transport. Toodab ainete transporti rakust rakku;
2. Barjäär. Sellel on selektiivne läbilaskvus, see tagab vajaliku ainevahetuse;
3. Retseptor. Mõned membraanis leiduvad valgud on retseptorid;
4. Mehaaniline. Tagab raku ja selle mehaaniliste struktuuride autonoomia;
5. Maatriks. Tagab maatriksvalkude optimaalse interaktsiooni ja orientatsiooni;
6. Energia. Membraanides toimivad energiaülekandesüsteemid rakulise hingamise ajal mitokondrites;
7. Ensümaatiline. Membraanvalgud on mõnikord ensüümid. Näiteks soolestiku rakumembraanid;
8. Märgistus. Membraanil on antigeenid (glükoproteiinid), mis võimaldavad rakku tuvastada;
9. Genereerimine. Teostab biopotentsiaalide genereerimist ja läbiviimist.

Kuidas rakumembraan välja näeb, saad vaadata loomaraku või taimeraku ehituse näitel.

Joonisel on kujutatud rakumembraani struktuur.
Rakumembraani komponentide hulka kuuluvad erinevad rakumembraani valgud (globulaarne, perifeerne, pinnapealne), aga ka rakumembraani lipiidid (glükolipiid, fosfolipiid). Rakumembraani struktuuris on ka süsivesikuid, kolesterooli, glükoproteiine ja valgu alfa-heeliksit.

Rakumembraani koostis

Rakumembraani peamised komponendid on:
1. Valgud - vastutavad membraani erinevate omaduste eest;
2. Lipiidid kolme tüüpi(fosfolipiidid, glükolipiidid ja kolesterool), mis vastutavad membraani jäikuse eest.
Rakumembraani valgud:
1. Globulaarne valk;
2. Pinnavalk;
3. Perifeerne valk.

Rakumembraani peamine eesmärk

Rakumembraani peamine eesmärk:
1. Reguleerida raku ja keskkonna vahelist vahetust;
2. Eraldage mis tahes lahtri sisu väliskeskkonnast, tagades sellega selle terviklikkuse;
3. Intratsellulaarsed membraanid jagavad raku spetsiaalseteks suletud sektsioonideks – organellideks ehk sektsioonideks, milles säilivad teatud keskkonnatingimused.

Rakumembraani struktuur

Rakumembraani struktuur on vedelas fosfolipiidmaatriksis lahustatud globulaarsete integraalsete valkude kahemõõtmeline lahus. Selle membraanistruktuuri mudeli pakkusid välja kaks teadlast Nicholson ja Singer 1972. aastal. Seega on membraanide aluseks bimolekulaarne lipiidikiht, mille molekulid on järjestatud ja mida näete.

Lühike kirjeldus:

Sazonov V.F. 1_1 Rakumembraani struktuur [Elektrooniline ressurss] // Kinesioloog, 2009-2018: [veebisait]. Värskendamise kuupäev: 06.02.2018..__.201_). _Kirjeldatakse rakumembraani ehitust ja talitlust (sünonüümid: plasmalemma, plasmolemma, biomembraan, rakumembraan, rakuväline membraan, rakumembraan, tsütoplasmaatiline membraan). See esialgne teave on vajalik nii tsütoloogiaks kui ka närvitegevuse protsesside mõistmiseks: närviline erutus, inhibeerimine, sünapside ja sensoorsete retseptorite töö.

rakumembraan (plasma a lemma või plasma umbes lemma)

Mõiste määratlus

Rakumembraan (sünonüümid: plasmalemma, plasmolemma, tsütoplasmaatiline membraan, biomembraan) on kolmekordne lipoproteiini (s.o "rasvvalk") membraan, mis eraldab raku keskkonnast ning teostab kontrollitud vahetust ja sidet raku ja selle keskkonna vahel.

Selle määratluse puhul ei ole peamine mitte see, et membraan eraldaks rakku keskkonnast, vaid just see, et see ühendab rakk keskkonnaga. Membraan on aktiivne raku struktuur, see töötab pidevalt.

Bioloogiline membraan on üliõhuke bimolekulaarne fosfolipiidide kile, mis on kaetud valkude ja polüsahhariididega. See raku struktuur on elusorganismi barjääri, mehaaniliste ja maatriksiomaduste aluseks (Antonov VF, 1996).

Membraani kujundlik esitus

Minu jaoks näib rakumembraan võretaina, milles on palju uksi ja mis ümbritseb teatud territooriumi. Kõik väikesed elusolendid saavad sellest aiast vabalt edasi-tagasi liikuda. Suuremad külastajad pääsevad aga sisse ainult ustest ja ka siis mitte kõik. Erinevatel külastajatel on võtmed ainult oma uste juurde ja võõraste ustest nad läbi ei pääse. Nii et läbi selle aia liiguvad pidevalt külastajad edasi-tagasi, sest membraan-aia põhiülesanne on kahekordne: eraldada territoorium ümbritsevast ruumist ja samas ühendada seda ümbritseva ruumiga. Selleks on aias palju auke ja uksi - !

Membraani omadused

1. Läbilaskvus.

2. Poolläbilaskvus (osaline läbilaskvus).

3. Valikuline (sünonüüm: selektiivne) läbilaskvus.

4. Aktiivne läbilaskvus (sünonüüm: aktiivne transport).

5. Kontrollitud läbilaskvus.

Nagu näete, on membraani peamine omadus selle läbilaskvus erinevate ainete suhtes.

6. Fagotsütoos ja pinotsütoos.

7. Eksotsütoos.

8. Elektriliste ja keemiliste potentsiaalide olemasolu, täpsemalt potentsiaalide erinevus membraani sise- ja väliskülje vahel. Piltlikult võib nii öelda "membraan muudab raku "elektripatareiks", kontrollides ioonivoogusid". Üksikasjad: .

9. Elektrilise ja keemilise potentsiaali muutused.

10. Ärrituvus. Membraanil asuvad spetsiaalsed molekulaarsed retseptorid võivad ühenduda signaal- (kontroll)ainetega, mille tulemusena võib muutuda membraani ja kogu raku seisund. Molekulaarsed retseptorid käivitavad bio keemilised reaktsioonid vastuseks ligandide (kontrollainete) kombinatsioonile nendega. Oluline on märkida, et signaalaine mõjub retseptorile väljastpoolt, samas kui muutused jätkuvad raku sees. Selgub, et membraan edastas informatsiooni keskkonnast raku sisekeskkonda.

11. Katalüütiline ensümaatiline aktiivsus. Ensüümid võivad olla põimitud membraani või olla seotud selle pinnaga (nii raku sees kui ka väljaspool) ja seal teostavad nad oma ensümaatilist aktiivsust.

12. Pinna kuju ja selle pindala muutmine. See võimaldab membraanil moodustada väljakasvu väljapoole või, vastupidi, rakku sissetungi.

13. Võimalus luua kontakte teiste rakumembraanidega.

14. Adhesioon – võime kleepuda tahketele pindadele.

Membraani omaduste lühike loetelu

• Läbilaskvus.
• Endotsütoos, eksotsütoos, transtsütoos.
• Potentsiaalid.
• Ärrituvus.
• ensümaatiline aktiivsus.
• Kontaktid.
• Adhesioon.

Membraani funktsioonid

1. Sisemise sisu mittetäielik isoleerimine väliskeskkonnast.

2. Rakumembraani töös on põhiline vahetada mitmesugused ained raku ja rakuvälise keskkonna vahel. See on tingitud membraani sellisest omadusest nagu läbilaskvus. Lisaks reguleerib membraan seda vahetust, reguleerides selle läbilaskvust.

3. Teine oluline membraani funktsioon on keemiliste ja elektriliste potentsiaalide erinevuse tekitamine selle sise- ja väliskülje vahel. Tänu sellele on raku sees negatiivne elektripotentsiaal -.

4. Läbi membraani viiakse ka läbi teabevahetus raku ja selle keskkonna vahel. Spetsiaalsed molekulaarsed retseptorid, mis paiknevad membraanil, võivad seostuda kontrollainetega (hormoonid, vahendajad, modulaatorid) ja käivitada rakus biokeemilisi reaktsioone, mis toovad kaasa erinevaid muutusi rakus või selle struktuurides.

Video:Rakumembraani struktuur

Videoloeng:Üksikasjad membraani struktuuri ja transpordi kohta

Membraani struktuur

Rakumembraanil on universaalne kolmekihiline struktuur. Selle keskmine rasvakiht on pidev ning ülemine ja alumine valgukiht katab seda üksikute valgupiirkondade mosaiigi kujul. Rasvakiht on alus, mis tagab raku isolatsiooni keskkonnast, isoleerides selle keskkonnast. Iseenesest läbib see vees lahustuvaid aineid väga halvasti, kuid rasvlahustuvaid aineid kergesti. Seetõttu tuleb membraani läbilaskvus vees lahustuvate ainete (näiteks ioonide) jaoks varustada spetsiaalsete valgustruktuuridega - ja.

Allpool on mikrofotod kokkupuutuvate rakkude tõelistest rakumembraanidest, mis on saadud elektronmikroskoobi abil, samuti skemaatiline joonis, mis näitab kolmekihilist membraani ja selle valgukihtide mosaiiksust. Pildi suurendamiseks klõpsake sellel.

Eraldi kujutis rakumembraani sisemisest lipiid- (rasv)kihist, mis on läbi imbunud integreeritud manustatud valkudega. Ülemine ja alumine valgukiht eemaldatakse, et mitte segada lipiidide kaksikkihi arvestamist

Joonis ülal: Vikipeedia rakumembraani (rakuseina) mittetäielik skemaatiline kujutis.

Pange tähele, et siin on membraanilt eemaldatud välimine ja sisemine valgukiht, et saaksime paremini näha keskmist rasva topeltlipiidikihti. Päris rakumembraanis ujuvad piki rasvkilet ülal ja all suured valgu "saared" (joonisel väikesed pallid) ning membraan osutub paksemaks, kolmekihiliseks: valk-rasv-valk . Nii et see on tegelikult nagu võileib kahest proteiini "leiva viilust", mille keskel on paks kiht "võid" st. on kolmekihiline struktuur, mitte kahekihiline.

Sellel joonisel vastavad väikesed sinised ja valged pallid lipiidide hüdrofiilsetele (märgutavatele) "peadele" ja nende külge kinnitatud "nöörid" vastavad hüdrofoobsetele (mittemärgutavatele) "sabadele". Valkudest on näidatud ainult terviklikud ots-otsa membraanivalgud (punased gloobulid ja kollased heliksid). Kollased ovaalsed täpid membraani sees on kolesterooli molekulid Membraani välisküljel olevad kollakasrohelised helmeste ahelad on oligosahhariidahelad, mis moodustavad glükokalüksi. Glükokalüks on membraanil nagu süsivesikute ("suhkru") "ebemeke", mille moodustavad sellest välja ulatuvad pikad süsivesiku-valgu molekulid.

Living on poolvedela tarretiselaadse sisuga täidetud väike "valgu-rasvakott", millesse tungivad läbi kiled ja torud.

Selle koti seinad moodustab topeltrasv (lipiid) kile, mis on seest ja väljast kaetud valkudega - rakumembraaniga. Seetõttu väidetakse, et membraanil on kolmekihiline struktuur : valgud-rasvad-valgud. Raku sees on ka palju sarnaseid rasvmembraane, mis jagavad selle siseruumi osadeks. Rakuorganellid on ümbritsetud samade membraanidega: tuum, mitokondrid, kloroplastid. Seega on membraan universaalne molekulaarstruktuur, mis on omane kõigile rakkudele ja kõigile elusorganismidele.

Vasakul - mitte enam päris, vaid kunstlik bioloogilise membraani tüki mudel: see on kiire hetktõmmis rasvfosfolipiidide kaksikkihist (st topeltkihist) selle molekulaarse dünaamika modelleerimise protsessis. Näidatud on mudeli arvutuslahter - 96 PQ molekuli ( f osfatidil X oliin) ja 2304 veemolekuli, kokku 20544 aatomit.

Paremal on sama lipiidi ühe molekuli visuaalne mudel, millest on kokku pandud membraani lipiidide kaksikkiht. Selle ülaosas on hüdrofiilne (vett armastav) pea ja all kaks hüdrofoobset (vettkartvat) saba. Sellel lipiidil on lihtne nimi: 1-steroüül-2-dokosaheksaenoüül-Sn-glütsero-3-fosfatidüülkoliin (18:0/22:6(n-3)cis PC), kuid te ei pea seda pähe õppima, kui te just pole. plaanite oma õpetaja oma teadmiste sügavusest minestada.

Saate anda rakule täpsema teadusliku määratluse:

on järjestatud, struktureeritud heterogeenne biopolümeeride süsteem, mis on piiratud aktiivse membraaniga, mis osaleb ühes metaboolsetes, energia- ja infoprotsessides ning säilitab ja taastoodab ka kogu süsteemi tervikuna.

Raku sees tungivad ka membraanid ja membraanide vahel pole mitte vett, vaid muutuva tihedusega viskoosne geel / sool. Seetõttu ei hõlju rakus interakteeruvad molekulid vabalt, nagu vesilahusega katseklaasis, vaid istuvad (immobiliseerituna) enamasti tsütoskeleti või rakusiseste membraanide polümeerstruktuuridel. Ja seetõttu toimuvad keemilised reaktsioonid raku sees peaaegu nagu tahkes kehas, mitte vedelikus. Rakku ümbritsev välismembraan on samuti kaetud ensüümide ja molekulaarsete retseptoritega, mistõttu on see raku väga aktiivne osa.

Rakumembraan (plasmalemma, plasmolemma) on aktiivne kest, mis eraldab raku keskkonnast ja ühendab selle keskkonnaga. © Sazonov V.F., 2016.

Sellest membraani määratlusest järeldub, et see ei piira lihtsalt rakku, vaid aktiivselt töötamas sidudes selle oma keskkonnaga.

Membraanid moodustav rasv on eriline, seetõttu nimetatakse selle molekule tavaliselt mitte lihtsalt rasvaks, vaid lipiidid, fosfolipiidid, sfingolipiidid. Membraankile on kahekordne, st koosneb kahest kokku kleebitud kilest. Seetõttu kirjutavad õpikud, et rakumembraani põhi koosneb kahest lipiidikihist (või " kahekihiline", st kahekihiline). Iga üksiku lipiidikihi puhul võib üks pool olla veega märjaks, teine ​​mitte. Seega kleepuvad need kiled üksteisega kokku just nende mittemärguvate külgede kaudu.

bakterite membraan

Gramnegatiivsete bakterite prokarüootse raku kest koosneb mitmest kihist, mis on näidatud alloleval joonisel.
Gramnegatiivsete bakterite kesta kihid:
1. Sisemine kolmekihiline tsütoplasmaatiline membraan, mis on kontaktis tsütoplasmaga.
2. Rakusein, mis koosneb mureiinist.
3. Välimine kolmekihiline tsütoplasmaatiline membraan, millel on samasugune lipiidide süsteem koos valgukompleksidega kui sisemisel membraanil.
Gramnegatiivsete bakterirakkude suhtlemine välismaailmaga läbi nii keerulise kolmeastmelise struktuuri ei anna neile eelist karmides tingimustes ellujäämisel võrreldes grampositiivsete bakteritega, millel on vähem võimas kest. Nad lihtsalt ei võta seda hästi kõrged temperatuurid, ülihappesus ja rõhk langeb.

Videoloeng:Plasma membraan. E.V. Cheval, Ph.D.

Videoloeng:Membraan kui rakupiir. A. Iljaskin

Membraani ioonkanalite tähtsus

On lihtne mõista, et membraani rasvkile kaudu võivad rakku siseneda ainult rasvlahustuvad ained. Need on rasvad, alkoholid, gaasid. Näiteks erütrotsüütides liiguvad hapnik ja süsihappegaas kergesti otse läbi membraani sisse ja välja. Kuid vesi ja vees lahustuvad ained (näiteks ioonid) lihtsalt ei pääse läbi membraani ühtegi rakku. See tähendab, et nad vajavad spetsiaalseid auke. Aga kui rasvakilesse lihtsalt augu teha, siis see tõmbub kohe tagasi. Mida teha? Looduses leiti lahendus: on vaja teha spetsiaalsed valgu transpordistruktuurid ja venitada need läbi membraani. Nii saadakse rasvlahustuvate ainete läbipääsu kanalid – rakumembraani ioonkanalid.

Seega, et anda oma membraanile polaarsetele molekulidele (ioonid ja vesi) täiendavaid läbilaskvusomadusi, sünteesib rakk tsütoplasmas spetsiaalseid valke, mis seejärel integreeritakse membraani. Neid on kahte tüüpi: transportervalgud (näiteks transpordi ATPaasid) ja kanaleid moodustavad valgud (kanali moodustajad). Need valgud on põimitud membraani topeltrasvakihti ja moodustavad transpordistruktuure transporterite või ioonkanalite kujul. Nüüd võivad need transpordistruktuurid läbida mitmesugused veeslahustuvad ained, mis muidu ei suuda rasvmembraani kilet läbida.

Üldiselt nimetatakse ka membraani sisseehitatud valke lahutamatu, just sellepärast, et nad on justkui membraani koostises ja tungivad selle läbi ja läbi. Teised valgud, mitte terviklikud, moodustavad justkui saarekesi, mis "hõljuvad" membraani pinnal: kas piki selle välispinda või piki sisemist. Kõik ju teavad, et rasv on hea määrdeaine ja sellel on lihtne libiseda!

leiud

1. Üldiselt on membraan kolmekihiline:

1) välimine valgukiht "saared",

2) rasvane kahekihiline "meri" (lipiidne kaksikkiht), s.o. topeltlipiidkile

3) sisemine valgukiht "saared".

Kuid on ka lahtine välimine kiht – glükokalüks, mis moodustub membraanist välja paistvatel glükoproteiinidel. Need on molekulaarsed retseptorid, millega seonduvad signaalikontrollid.

2. Eriline valgu struktuurid, tagades selle ioonide või muude ainete läbilaskvuse. Me ei tohi unustada, et mõnes kohas on rasvameri integreeritud valkudega läbi imbunud. Ja just integraalsed valgud moodustavad erilise transpordistruktuurid rakumembraan (vt lõik 1_2 Membraani transpordimehhanismid). Nende kaudu sisenevad ained rakku, samuti eemaldatakse need rakust väljapoole.

3. Ensüümvalgud võivad paikneda membraani igal pool (välimine ja sisemine), samuti membraani sees, mis mõjutavad nii membraani enda seisundit kui ka kogu raku eluiga.

Nii et rakumembraan on aktiivne muutuv struktuur, mis töötab aktiivselt kogu raku huvides ja ühendab seda välismaailmaga, mitte ei ole lihtsalt "kaitsekest". See on kõige olulisem asi, mida rakumembraani kohta teada saada.

Meditsiinis kasutatakse membraanivalke sageli sihtmärkidena ravimid. Selliste sihtmärkidena toimivad retseptorid, ioonkanalid, ensüümid, transpordisüsteemid. Viimasel ajal on ravimite sihtmärgiks saanud lisaks membraanile ka raku tuumas peidetud geenid.

Video:Sissejuhatus rakumembraani biofüüsikasse: membraani 1 struktuur (Vladimirov Yu.A.)

Video:Rakumembraani ajalugu, struktuur ja funktsioonid: Membraanide struktuur 2 (Vladimirov Yu.A.)

© 2010-2018 Sazonov V.F., © 2010-2016 kineziolog.bodhy.