Membrana celulara - aceasta este membrana celulară care îndeplineşte următoarele funcţii: separarea conţinutului celular şi mediu extern, transport selectiv de substanțe (schimb cu mediul extern celulei), locul de apariție a unor reactii chimice, asocierea celulelor în țesuturi și recepție.

Membranele celulare sunt împărțite în plasmă (intracelulară) și externe. Principala proprietate a oricărei membrane este semi-permeabilitatea, adică capacitatea de a trece numai anumite substanțe. Acest lucru permite schimbul selectiv între celulă și mediul extern sau schimbul între compartimentele celulare.

Membranele plasmatice sunt structuri lipoproteice. Lipidele formează spontan un strat dublu (strat dublu), iar proteinele membranei „plutesc” în el. Membranele conțin câteva mii de proteine ​​diferite: structurale, transportoare, enzime etc. Între moleculele proteice se află pori prin care trec substanțele hidrofile (stratul dublu lipidic împiedică pătrunderea lor directă în celulă). Grupările glicozilice (monozaharide și polizaharide) sunt atașate unor molecule de pe suprafața membranei, care sunt implicate în procesul de recunoaștere a celulelor în timpul formării țesuturilor.

Grosimea membranelor variază, de obicei variind de la 5 la 10 nm. Grosimea este determinată de mărimea moleculei de lipide amfifile și este de 5,3 nm. O creștere suplimentară a grosimii membranei se datorează dimensiunii complexelor proteice membranare. În funcție de conditii externe(colesterolul este regulatorul) structura stratului dublu se poate modifica astfel încât să devină mai dens sau mai lichid - viteza de mișcare a substanțelor de-a lungul membranelor depinde de aceasta.

Membranele celulare includ: plasmalema, kariolema, membranele reticulul endoplasmatic, aparatul Golgi, lizozomi, peroxizomi, mitocondrii, incluziuni etc.

Lipidele sunt insolubile în apă (hidrofobic), dar solubile în solvenți organici și grăsimi (lipofilitate). Compoziția lipidelor din diferite membrane nu este aceeași. De exemplu, membrana plasmatică conține mult colesterol. Cele mai comune lipide din membrană sunt fosfolipidele (glicerofosfatide), sfingomielinele (sfingolipide), glicolipidele și colesterolul.

Fosfolipidele, sfingomielinele, glicolipidele constau din două părți diferite din punct de vedere funcțional: una hidrofobă nepolară, care nu poartă încărcături - „cozi” formate din acizi grași și una hidrofilă care conține „capete” polare încărcate - grupe alcoolice (de exemplu, glicerol).

Partea hidrofobă a moleculei constă de obicei din doi acizi grași. Unul dintre acizi este saturat, iar al doilea este nesaturat. Aceasta determină capacitatea lipidelor de a forma în mod spontan structuri membranare cu două straturi (bilipide). Lipidele membranei îndeplinesc următoarele funcții: barieră, transport, micromediu proteic, rezistență electrică a membranei.

Membranele diferă unele de altele prin setul lor de molecule de proteine. Multe proteine ​​​​de membrană constau din regiuni bogate în aminoacizi polari (purtători de sarcină) și regiuni cu aminoacizi nepolari (glicină, alanină, valină, leucină). Astfel de proteine ​​din straturile lipidice ale membranelor sunt situate astfel încât secțiunile lor nepolare să fie, parcă, scufundate în partea „grasă” a membranei, unde se află secțiunile hidrofobe ale lipidelor. Partea polară (hidrofilă) a acestor proteine ​​interacționează cu capetele lipidice și se confruntă cu faza apoasă.

Membranele biologice au proprietăți comune:

membranele sunt sisteme închise care nu permit amestecarea conținutului celulei și a compartimentelor acesteia. Încălcarea integrității membranei poate duce la moartea celulelor;

mobilitatea superficială (plană, laterală). În membrane există o mișcare continuă a substanțelor pe suprafață;

asimetria membranei. Structura straturilor exterioare și de suprafață este eterogenă din punct de vedere chimic, structural și funcțional.

Membrana celulară (membrană plasmatică) este o membrană subțire, semi-permeabilă, care înconjoară celulele.

Funcția și rolul membranei celulare

Funcția sa este de a proteja integritatea interiorului permițând unor substanțe esențiale să intre în celulă și împiedicând pătrunderea altora.

De asemenea, servește ca bază pentru atașamentul față de unele organisme și față de altele. Astfel, membrana plasmatică oferă și forma celulei. O altă funcție a membranei este de a regla creșterea celulelor prin echilibru și.

În endocitoză, lipidele și proteinele sunt îndepărtate din membrana celulară pe măsură ce substanțele sunt absorbite. În timpul exocitozei, veziculele care conțin lipide și proteine ​​fuzionează cu membrana celulară, crescând dimensiunea celulei. , iar celulele fungice au membrane plasmatice. Cele interne, de exemplu, sunt, de asemenea, închise în membrane de protecție.

Structura membranei celulare

Membrana plasmatică este compusă în principal dintr-un amestec de proteine ​​și lipide. În funcție de locația și rolul membranei în organism, lipidele pot constitui 20 până la 80% din membrană, restul fiind proteine. În timp ce lipidele ajută la conferirea flexibilității membranei, proteinele controlează și mențin compozitia chimica celulelor și, de asemenea, ajută la transportul moleculelor prin membrană.

Lipidele membranare

Fosfolipidele sunt componenta principală a membranelor plasmatice. Ele formează un dublu strat lipidic în care regiunile capului hidrofile (atrase de apă) se organizează spontan pentru a se confrunta cu citosolul apos și fluidul extracelular, în timp ce regiunile hidrofobe (respinse de apă) ale cozii sunt orientate departe de citosol și fluidul extracelular. Stratul dublu lipidic este semipermeabil, permițând doar unor molecule să difuzeze prin membrană.

Colesterolul este o altă componentă lipidică a membranelor celulare animale. Moleculele de colesterol sunt dispersate selectiv între fosfolipidele membranare. Acest lucru ajută la menținerea rigidității membranelor celulare, împiedicând fosfolipidele să se împacheteze prea strâns. Colesterolul este absent în membranele celulelor vegetale.

Glicolipidele sunt situate pe suprafața exterioară a membranelor celulare și sunt conectate la acestea printr-un lanț de carbohidrați. Ele ajută celula să recunoască alte celule din organism.

Proteinele membranare

Membrana celulară conține două tipuri de proteine ​​asociate. Proteinele membranei periferice sunt externe și sunt asociate cu aceasta prin interacțiunea cu alte proteine. Proteinele membranare integrale sunt introduse în membrană și majoritatea trec prin ele. Părți din aceste proteine ​​transmembranare sunt situate pe ambele părți ale acesteia.

Proteinele membranei plasmatice au o serie de funcții diferite. Proteinele structurale oferă suport și formă celulelor. Proteinele receptorilor de membrană ajută celulele să comunice cu mediul lor extern folosind hormoni, neurotransmițători și alte molecule de semnalizare. Proteinele de transport, cum ar fi proteinele globulare, transportă molecule prin membranele celulare prin difuzie facilitată. Glicoproteinele au atașat un lanț de carbohidrați. Sunt încorporate în membrana celulară, ajutând la schimbul și transportul moleculelor.

Membrane organele

Unele organele celulare sunt, de asemenea, înconjurate de membrane protectoare. miez,

Membranele îndeplinesc un număr mare de funcții diferite:

membranele determină forma unui organel sau celule;

barieră: controlează schimbul de substanțe solubile (de exemplu, ioni Na +, K +, Cl -) între compartimentele interne și externe;

energie: sinteza ATP pe membranele interioare ale mitocondriilor și fotosinteza în membranele cloroplastelor; formează o suprafață pentru a avea loc reacții chimice (fosforilare pe membranele mitocondriale);

sunt o structură care asigură recunoașterea semnalelor chimice (receptorii hormonali și neurotransmițători sunt localizați pe membrană);

joacă un rol în interacțiunea intercelulară și promovează mișcarea celulelor.

Transport prin membrana. Membrana are permeabilitate selectivă la substanțele solubile, care este necesară pentru:

separarea celulei de mediul extracelular;

asigurarea pătrunderii în celulă și reținerea moleculelor necesare (cum ar fi lipide, glucoză și aminoacizi), precum și îndepărtarea produselor metabolice (inclusiv a celor inutile) din celulă;

menținerea unui gradient ionic transmembranar.

Organelele intracelulare pot avea, de asemenea, o membrană permeabilă selectiv. De exemplu, la lizozomi membrana menține o concentrație de ioni de hidrogen (H+) de 1000-10000 de ori mai mare decât în ​​citosol.

Transportul prin membrană poate fi pasiv, luminat sau activ.

Transport pasiv- aceasta este mișcarea moleculelor sau ionilor de-a lungul unui gradient de concentrație sau electrochimic. Aceasta poate fi o simplă difuzie, ca în cazul pătrunderii gazelor (de exemplu O2 și CO2) sau a moleculelor simple (etanol) prin membrana plasmatică. În difuzie simplă, moleculele mici dizolvate în lichidul extracelular sunt dizolvate succesiv în membrană și apoi în lichidul intracelular. Acest proces este nespecific, iar viteza de penetrare prin membrană este determinată de gradul de hidrofobic al moleculei, adică de solubilitatea sa în grăsimi. Viteza de difuzie prin stratul dublu lipidic este direct proporțională cu hidrofobicitatea, precum și cu gradientul de concentrație transmembranar sau gradientul electrochimic.

Difuzia facilitată este mișcarea rapidă a moleculelor de-a lungul unei membrane de către proteine ​​​​de membrană specifice numite permeaze. Acest proces este specific, se desfășoară mai rapid decât difuzarea simplă, dar are o limită de viteză de transport.

Difuzia facilitată este de obicei caracteristică substanțelor solubile în apă. Majoritatea (dacă nu toți) transportatorii membranari sunt proteine. Mecanismul specific de funcționare a transportorului în timpul difuziei facilitate nu a fost suficient studiat. Ele pot, de exemplu, media transportul prin mișcare de rotație în membrană. Recent, au apărut informații conform cărora proteinele purtătoare, la contactul cu substanța transportată, își schimbă conformația, drept urmare un fel de „poartă” sau canal se deschide în membrană. Aceste modificări apar datorită energiei eliberate atunci când substanța transportată se leagă de proteină. Sunt posibile și transferuri de tip releu. În acest caz, purtătorul în sine rămâne nemișcat, iar ionii migrează de-a lungul lui de la o legătură hidrofilă la alta.

Antibioticul gramicidina poate servi drept model pentru acest tip de vector. În stratul lipidic al membranei, molecula sa liniară lungă ia forma unui helix și formează un canal hidrofil prin care ionul K poate migra de-a lungul unui gradient.

S-au obținut dovezi experimentale pentru existența unor canale naturale în membranele biologice. Proteinele de transport sunt foarte specifice pentru substanța transportată prin membrană, asemănând cu enzimele în multe proprietăți. Ele prezintă o sensibilitate mai mare la pH, sunt inhibate competitiv de compuși similari ca structură cu substanța transportată și necompetitiv de agenți care modifică în mod specific grupele funcționale de proteine.

Difuzia facilitată diferă de difuzia obișnuită nu numai prin viteză, ci și prin capacitatea sa de a satura. Creșterea vitezei de transfer al substanțelor are loc proporțional cu creșterea gradientului de concentrație doar până la anumite limite. Acesta din urmă este determinat de „puterea” transportatorului.

Transportul activ este mișcarea ionilor sau moleculelor de-a lungul unei membrane împotriva unui gradient de concentrație datorită energiei hidrolizei ATP. Există trei tipuri principale de transport ionic activ:

pompă de sodiu-potasiu - Na + /K + -adenozin trifosfatază (ATPaza), care transportă Na + afară și K + în;

pompa de calciu (Ca 2+) - Ca 2+ -ATPaza, care transporta Ca 2+ din celula sau citosol la reticulul sarcoplasmatic;

pompa de protoni - H + -ATPaza. Gradienții de ioni creați prin transportul activ pot fi utilizați pentru transportul activ al altor molecule, cum ar fi unii aminoacizi și zaharuri (transport activ secundar).

Cotransport este transportul unui ion sau moleculă cuplat cu transferul altui ion. Simport- transferul simultan al ambelor molecule într-o direcție; antiport- transferul simultan al ambelor molecule în direcții opuse. Dacă transportul nu este asociat cu transferul altui ion, acest proces se numește uniport. Cotransportul este posibil atât în ​​timpul difuziei facilitate, cât și în timpul transportului activ.

Glucoza poate fi transportată prin difuzie facilitată folosind tipul simport. Ionii Cl - și HCO 3 - sunt transportați prin membrana celulelor roșii din sânge prin difuzie facilitată de un purtător numit banda 3, de tip antiport. În acest caz, Cl - și HCO3 - sunt transferate în direcții opuse, iar direcția de transfer este determinată de gradientul de concentrație predominant.

Transportul activ al ionilor împotriva unui gradient de concentrație necesită energie eliberată în timpul hidrolizei ATP în ADP: ATP ADP + P (fosfat anorganic). Transportul activ, precum și difuzia facilitată, se caracterizează prin: specificitate, limitarea vitezei maxime (adică curba cinetică atinge un platou) și prezența inhibitorilor. Un exemplu este transportul activ primar efectuat de Na + /K + - ATPaza. Pentru funcționarea acestui sistem antiport enzimatic este necesară prezența ionilor de Na +, K + și magneziu. Este prezent în aproape toate celulele animale, iar concentrația sa este deosebit de mare în țesuturi excitabile(de exemplu, în nervi și mușchi) și în celulele care participă activ la mișcarea Na + prin membrana plasmatică (de exemplu, în cortexul renal și glandele salivare).

Enzima ATPaza în sine este un oligomer format din 2 subunități de 110 kDa și 2 subunități glicoproteice de 55 kDa fiecare. Na + și Mg 2+ , dar nu K + , în timp ce defosforilarea necesită K + , dar nu Na + sau Mg 2+ . Au fost descrise două stări conformaționale ale complexului proteic cu niveluri diferite de energie, care sunt de obicei desemnate E 1 și E 2, prin urmare ATPaza mai este numită și vector de tip E 1 - E 2 . Glicozide cardiace, de ex. digoxinăŞi ouabain, inhibă activitatea ATPazei Datorită solubilității sale excelente în apă, ouabaina este utilizată pe scară largă în studii experimentale pentru a studia pompa de sodiu.

Ideea general acceptată a modului în care funcționează Na + /K + - ATPaza este următoarea. Ionii de Na și ATP se alătură moleculei de ATPază în prezența Mg 2+. Legarea ionilor de Na declanșează reacția de hidroliză a ATP, care are ca rezultat formarea de ADP și forma fosforilată a enzimei. Fosforilarea induce o tranziție a proteinei enzimatice la o nouă stare conformațională și regiunea sau regiunile purtătoare de Na devin expuse mediului extern. Aici, Na + este schimbat cu K +, deoarece forma fosforilată a enzimei este caracterizată printr-o afinitate ridicată pentru ionii K. Tranziția inversă a enzimei la conformația sa originală este inițiată prin eliminarea hidrolitică a grupării fosforil în formă. de fosfat anorganic și este însoțită de eliberarea de K + în spațiul intern al celulei. Situl activ defosforilat al enzimei este capabil să atașeze o nouă moleculă de ATP, iar ciclul se repetă.

Cantitățile de ioni de K și Na care intră în celulă ca urmare a pompei nu sunt egale. Pentru trei ioni de Na eliminați, există doi ioni de K introduși cu hidroliza simultană a unei molecule de ATP. Deschiderea și închiderea canalului laturi opuse membranele și modificările alternante ale eficienței legării Na și K sunt asigurate de energia hidrolizei ATP. Ionii transportați - Na și K - sunt cofactori ai acestei reacții enzimatice. Teoretic, este posibil să ne imaginăm o varietate de pompe care funcționează pe acest principiu, deși în prezent sunt cunoscute doar câteva dintre ele.

Transportul glucozei. Transportul glucozei poate avea loc fie prin tip de difuzie facilitată, fie prin transport activ, iar în primul caz se desfășoară ca uniport, în al doilea - ca simport. Glucoza poate fi transportată în celulele roșii din sânge prin difuzie facilitată. Constanta Michaelis (Km) pentru transportul glucozei în celulele roșii din sânge este de aproximativ 1,5 mmol/L (adică, la această concentrație de glucoză, aproximativ 50% din moleculele de permează disponibile vor fi legate de moleculele de glucoză). Deoarece concentrația de glucoză din sângele uman este de 4-6 mmol/l, absorbția ei de către globulele roșii are loc la viteza aproape maximă. Specificitatea permeazei se manifestă deja prin faptul că izomerul L aproape că nu este transportat în eritrocite, spre deosebire de D-galactoză și D-manoză, dar sunt necesare concentrații mai mari pentru a obține jumătate de saturație a sistemului de transport. Odată în interiorul celulei, glucoza suferă fosforilare și nu mai poate părăsi celula. Permeaza de glucoză se mai numește și permeaza D-hexoză. Este o proteină membranară integrală cu o greutate moleculară de 45 kDa.

Glucoza poate fi, de asemenea, transportată prin sistemul de simport dependent de Na + găsit în membranele plasmatice ale unui număr de țesuturi, inclusiv tubii renali și epiteliul intestinal. În acest caz, o moleculă de glucoză este transportată prin difuzie facilitată împotriva gradientului de concentrație, iar un ion de Na este transportat de-a lungul gradientului de concentrație. Întregul sistem funcționează în cele din urmă prin funcția de pompare a Na + /K + - ATPazei. Deci simport este sistem secundar transport activ. Aminoacizii sunt transportați într-un mod similar.

Pompa Ca 2+ este un sistem de transport activ de tip E 1 - E 2, constând dintr-o proteină membranară integrală, care, în timpul transferului de Ca 2+, este fosforilată la reziduul de aspartat. În timpul hidrolizei fiecărei molecule de ATP sunt transferați doi ioni de Ca 2+. În celulele eucariote, Ca 2+ se poate lega de o proteină care leagă calciul numită calmodulină, iar întregul complex se leagă de pompa de Ca 2+. Proteinele care leagă Ca 2+ includ, de asemenea, troponina C și parvalbumina.

Ionii de Ca, ca și ionii de Na, sunt îndepărtați în mod activ din celule de către Ca2+-ATPaza. În special număr mare proteinele pompei de calciu conțin membranele reticulului endoplasmatic. Lanțul de reacții chimice care duc la hidroliza ATP și transferul de Ca 2+ poate fi scris sub forma următoarelor ecuații:

2Ca n + ATP + E 1 Ca 2 - E - P + ADP

Ca 2 - E - P 2Ca ext + PO 4 3- + E 2

Unde se află San - Ca2+ în exterior;

Ca ext - Ca 2+ situat în interior;

E1 și E2 sunt conformații diferite ale enzimei transportoare, a cărei tranziție de la una la alta este asociată cu utilizarea energiei ATP.

Sistemul de îndepărtare activă a H + din citoplasmă este susținut de două tipuri de reacții: activitatea lanțului de transport de electroni (lanțul redox) și hidroliza ATP. Atât pompele redox, cât și cele hidrolitice de H + sunt situate în membrane capabile să transforme energia luminoasă sau chimică în energie H + (adică membranele plasmatice ale procariotelor, membranele conjugatoare ale cloroplastelor și mitocondriilor). Ca rezultat al lucrului H + ATPazei și/sau al lanțului redox, protonii sunt translocați, iar pe membrană apare o forță motrice a protonilor (H +). Gradientul electrochimic al ionilor de hidrogen, după cum arată studiile, poate fi utilizat pentru transportul cuplat (transport activ secundar) număr mare metaboliți - anioni, aminoacizi, zaharuri etc.

Asociate cu activitatea membranei plasmatice sunt cele care asigură absorbția de către celulă a substanțelor solide și lichide cu o greutate moleculară mare, - fagocitozăŞi pinocitoza(de la Gerch. phagos- Există , pinos- bea, citos- celula). Membrana celulară formează buzunare, sau invaginări, care atrag substanțe din exterior. Apoi, astfel de invaginări sunt desfăcute și înconjoară o picătură din mediul extern cu o membrană (pinocitoză) sau particule în suspensie(fagocitoză). Pinocitoza este observată într-o mare varietate de celule, în special în acele organe în care au loc procese de absorbție.

membrana celulara - structura moleculara formata din lipide si proteine. Principalele sale proprietăți și funcții:

• separarea conținutului oricărei celule de mediul extern, asigurând integritatea acesteia;
• controlul și stabilirea schimburilor între mediu și celulă;
• membranele intracelulare împart celula în compartimente speciale: organele sau compartimente.

Cuvântul „membrană” în latină înseamnă „film”. Dacă vorbim despre membrana celulară, atunci este o combinație de două filme care au proprietăți diferite.

Membrana biologică include trei tipuri de proteine:

1. Periferic – situat pe suprafața filmului;
2. Integral – pătrunde complet în membrană;
3. Semi-integral - un capăt pătrunde în stratul bilipid.

Ce funcții îndeplinește membrana celulară?

1. Peretele celular este o membrană celulară durabilă care se află în afara membranei citoplasmatice. Îndeplinește funcții de protecție, transport și structurale. Prezent în multe plante, bacterii, ciuperci și arhee.

2. Oferă funcția de barieră, adică metabolismul selectiv, reglat, activ și pasiv cu mediul extern.

3. Capabil să transmită și să stocheze informații și, de asemenea, participă la procesul de reproducere.

4. Îndeplinește o funcție de transport care poate transporta substanțe în și din celulă prin membrană.

5. Membrana celulară are conductivitate unidirecțională. Datorită acestui fapt, moleculele de apă pot trece prin membrana celulară fără întârziere, iar moleculele altor substanțe pătrund selectiv.

6. Cu ajutorul membranei celulare, apa, oxigenul si nutrienti, iar prin aceasta se îndepărtează produsele metabolismului celular.

7. Realizeaza metabolismul celular prin membrane, si le poate realiza folosind 3 tipuri principale de reactii: pinocitoza, fagocitoza, exocitoza.

8. Membrana asigură specificitatea contactelor intercelulare.

9. Membrana conține numeroși receptori care sunt capabili să perceapă semnale chimice - mediatori, hormoni și multe altele biologice substanțe active. Deci are puterea de a modifica activitatea metabolică a celulei.

10. Proprietățile și funcțiile de bază ale membranei celulare:

• Matrice
• Barieră
• Transport
• Energie
• Mecanic
• Enzimatic
• Receptor
• De protecţie
• Marcare
• Biopotenţial

Ce funcție îndeplinește membrana plasmatică într-o celulă?

1. Delimitează conținutul celulei;
2. Realizează fluxul de substanțe în celulă;
3. Oferă îndepărtarea unui număr de substanțe din celulă.

Structura membranei celulare

Membrane celulare includ lipide din 3 clase:

• Glicolipide;
• fosfolipide;
• Colesterolul.

Practic, membrana celulară este formată din proteine ​​și lipide și are o grosime de cel mult 11 nm. De la 40 la 90% din toate lipidele sunt fosfolipide. De asemenea, este important de remarcat glicolipidele, care sunt una dintre componentele principale ale membranei.

Structura membranei celulare este în trei straturi. În centru există un strat bilipid lichid omogen, iar proteinele îl acoperă pe ambele părți (ca un mozaic), pătrunzând parțial în grosime. Proteinele sunt, de asemenea, necesare pentru ca membrana să permită să intre și să iasă din celule substanțe speciale care nu pot pătrunde în stratul de grăsime. De exemplu, ionii de sodiu și potasiu.

• Asta este interesant -

Structura celulară - video