Кратко описание:

Сазонов В.Ф. 1_1 Структурата на клетъчната мембрана [Електронен ресурс] // Кинезиолог, 2009-2018: [уебсайт]. Дата на актуализиране: 06.02.2018..__.201_). _Описана е структурата и функционирането на клетъчната мембрана (синоними: плазмалема, плазмолема, биомембрана, клетъчна мембрана, външна клетъчна мембрана, клетъчна мембрана, цитоплазмена мембрана). Тези първоначална информацияса необходими както за цитологията, така и за разбирането на процесите на нервната дейност: нервно възбуждане, инхибиране, работата на синапсите и сензорните рецептори.

клетъчна мембрана (плазма алема или плазма относнолема)

Определение на понятието

клетъчната мембрана(синоними: плазмолема, плазмолема, цитоплазмена мембрана, биомембрана) е тройна липопротеинова (т.е. "мазнини-протеини") мембрана, която разделя клетката от заобикаляща средаи осъществяване на контролиран обмен и комуникация между клетката и нейната среда.

Основното в това определение не е, че мембраната отделя клетката от околната среда, а просто тя свързва клетка с околната среда. Мембраната е активен структура на клетката, тя непрекъснато работи.

Биологичната мембрана е ултратънък бимолекулен филм от фосфолипиди, инкрустиран с протеини и полизахариди. Тази клетъчна структура е в основата на бариерните, механичните и матриксните свойства на живия организъм (Антонов В.Ф., 1996).

Образно представяне на мембраната

За мен клетъчната мембрана изглежда като решетъчна ограда с много врати в нея, която обгражда определена територия. Всички малки живи същества могат свободно да се движат напред-назад през тази ограда. Но по-големите посетители могат да влизат само през вратите и дори тогава не всички. Различните посетители имат ключове само за собствените си врати и не могат да минат през вратите на други хора. И така, през тази ограда има непрекъснати потоци от посетители напред-назад, тъй като основната функция на мембранната ограда е двойна: да отделя територията от околното пространство и в същото време да я свързва с околното пространство. За това има много дупки и врати в оградата - !

Свойства на мембраната

1. Пропускливост.

2. Полупропускливост (частична пропускливост).

3. Селективна (синоним: селективна) пропускливост.

4. Активна пропускливост (синоним: активен транспорт).

5. Контролирана пропускливост.

Както можете да видите, основното свойство на мембраната е нейната пропускливост по отношение на различни вещества.

6. Фагоцитоза и пиноцитоза.

7. Екзоцитоза.

8. Наличието на електрически и химични потенциали, по-точно потенциалната разлика между вътрешната и външната страна на мембраната. Образно може да се каже така "мембраната превръща клетката в" електрическа батерия"използване на контрол на йонния поток". Подробности: .

9. Промени в електрическия и химичния потенциал.

10. Раздразнителност. Специални молекулярни рецептори, разположени върху мембраната, могат да се свързват със сигнални (контролни) вещества, в резултат на което състоянието на мембраната и цялата клетка може да се промени. Молекулните рецептори задействат био химична реакцияв отговор на комбинацията от лиганди (контролни вещества) с тях. Важно е да се отбележи, че сигналното вещество действа върху рецептора отвън, докато промените продължават вътре в клетката. Оказва се, че мембраната предава информация от околната среда към вътрешната среда на клетката.

11. Каталитичен ензимна активност. Ензимите могат да бъдат вградени в мембраната или свързани с нейната повърхност (както вътре, така и извън клетката) и там те осъществяват своята ензимна активност.

12. Промяна на формата на повърхността и нейната площ. Това позволява на мембраната да образува израстъци навън или, обратно, инвагинации в клетката.

13. Способността за образуване на контакти с други клетъчни мембрани.

14. Адхезия – способност за залепване към твърди повърхности.

Кратък списък на свойствата на мембраната

• Пропускливост.
• Ендоцитоза, екзоцитоза, трансцитоза.
• Потенциали.
• Раздразнителност.
• ензимна активност.
• Контакти.
• Адхезия.

Функции на мембраната

1. Непълно изолиране на вътрешното съдържание от външна среда.

2. Основното в работата на клетъчната мембрана е обмен различни вещества между клетката и извънклетъчната среда. Това се дължи на такова свойство на мембраната като пропускливост. Освен това мембраната регулира този обмен, като регулира неговата пропускливост.

3. Друга важна функция на мембраната е създаване на разлика в химичните и електрическите потенциали между вътрешната и външната му страна. Поради това вътре в клетката има негатив електрически потенциал - .

4. През мембраната също се извършва обмен на информация между клетката и нейната среда. Специални молекулярни рецептори, разположени върху мембраната, могат да се свързват с контролните вещества (хормони, медиатори, модулатори) и да задействат биохимични реакции в клетката, водещи до различни промени в клетката или в нейните структури.

Видео:Структурата на клетъчната мембрана

Видео лекция:Подробности за структурата на мембраната и транспорта

Мембранна структура

Клетъчната мембрана има универсален трислоен структура. Средният му мастен слой е непрекъснат, а горният и долният протеинови слоеве го покриват под формата на мозайка от отделни протеинови зони. Мастният слой е основата, която осигурява изолирането на клетката от околната среда, като я изолира от околната среда. Сам по себе си той пропуска много лошо водоразтворимите вещества, но лесно пропуска мастноразтворимите. Следователно, пропускливостта на мембраната за водоразтворими вещества (например йони) трябва да бъде осигурена със специални протеинови структури - и.

По-долу са дадени микроснимки на реални клетъчни мембрани на контактуващи клетки, получени с помощта на електронен микроскоп, както и схематичен чертеж, показващ трислойната мембрана и мозаечната природа на нейните протеинови слоеве. За да увеличите изображение, кликнете върху него.

Отделно изображение на вътрешния липиден (мастен) слой на клетъчната мембрана, пропит с интегрални вградени протеини. Горният и долният протеинов слой се отстраняват, за да не пречат на разглеждането на липидния двуслой

Фигура по-горе: Непълно схематично представяне на клетъчната мембрана (клетъчната стена) от Wikipedia.

Имайте предвид, че външният и вътрешният протеинов слой са отстранени от мембраната тук, за да можем по-добре да видим централния мастен двоен липиден слой. В истинска клетъчна мембрана големи протеинови "островове" плуват отгоре и отдолу по мастния филм (малки топчета на фигурата) и мембраната се оказва по-дебела, трислойна: протеини-мазнини-протеини . Така че всъщност е като сандвич от две белтъчни "филии хляб" с дебел слой "масло" в средата, т.е. има трислойна структура, а не двуслойна.

На тази фигура малки сини и бели топчета съответстват на хидрофилните (умокрящи се) „глави“ на липидите, а „струните“, прикрепени към тях, съответстват на хидрофобните (неумокряеми) „опашки“. От протеините са показани само интегрални мембранни протеини от край до край (червени глобули и жълти спирали). Жълти овални точки вътре в мембраната са холестеролни молекули. Жълто-зелени вериги от мъниста навънмембрани - вериги от олигозахариди, които образуват гликокаликса. Гликокаликсът е като въглехидратен („захар“) „пух“ върху мембраната, образуван от дълги въглехидратно-протеинови молекули, стърчащи от нея.

Living е малка "протеиново-мазнена торбичка", пълна с полутечно желеобразно съдържание, която се прониква от филми и тръби.

Стените на тази торбичка са образувани от двоен мастен (липиден) филм, покрит отвътре и отвън с протеини - клетъчната мембрана. Следователно се казва, че мембраната има трислойна структура : протеини-мазнини-протеини. Вътре в клетката също има много подобни мастни мембрани, които я разделят вътрешно пространствона отделения. Клетъчните органели са заобиколени от едни и същи мембрани: ядро, митохондрии, хлоропласти. Така че мембраната е универсална молекулярна структура, присъща на всички клетки и всички живи организми.

Отляво - вече не реален, а изкуствен модел на парче от биологична мембрана: това е моментна снимка на мастен фосфолипиден двуслой (т.е. двоен слой) в процеса на неговото молекулярно-динамико моделиране. Показана е изчислителната клетка на модела - 96 PQ молекули ( еосфатидил х oline) и 2304 водни молекули, общо 20544 атома.

Вдясно е визуален модел на единична молекула от същия липид, от която е сглобен мембранният липиден бислой. В горната част има хидрофилна (любяща вода) глава и две хидрофобни (боящи се от вода) опашки отдолу. Този липид има просто име: 1-стероил-2-докозахексаеноил-Sn-глицеро-3-фосфатидилхолин (18:0/22:6(n-3)cis PC), но не е необходимо да го запомняте, освен ако не планирайте да накарате учителя си да припадне от дълбочината на вашите знания.

Можете да дадете по-точна научна дефиниция на клетка:

е подредена, структурирана хетерогенна система от биополимери, ограничена от активна мембрана, участваща в единен набор от метаболитни, енергийни и информационни процеси, а също така поддържаща и възпроизвеждаща цялата система като цяло.

Вътре в клетката също се прониква от мембрани, а между мембраните няма вода, а вискозен гел/зол с променлива плътност. Следователно, взаимодействащите молекули в клетката не плуват свободно, както в епруветка с воден разтвор, а най-вече седят (имобилизирани) върху полимерните структури на цитоскелета или вътреклетъчните мембрани. И следователно химичните реакции протичат вътре в клетката почти като в твърдо тяло, а не в течност. Външната мембрана, която заобикаля клетката, също е покрита с ензими и молекулярни рецептори, което я прави много активна част от клетката.

Клетъчната мембрана (плазмолема, плазмолема) е активна обвивка, която отделя клетката от околната среда и я свързва с околната среда. © Сазонов В.Ф., 2016.

От това определение за мембрана следва, че тя не просто ограничава клетката, но активно работещсвързвайки го с околната среда.

Мазнината, която изгражда мембраните, е специална, така че нейните молекули обикновено се наричат ​​не просто мазнини, а липиди, фосфолипиди, сфинголипиди. Мембранният филм е двоен, тоест се състои от два филма, залепени заедно. Следователно учебниците пишат, че основата на клетъчната мембрана се състои от два липидни слоя (или " двуслоен", т.е. двоен слой). За всеки отделен липиден слой едната страна може да се намокри с вода, а другата не може. Така че тези филми се слепват един с друг именно от техните немокрещи страни.

бактериална мембрана

Обвивката на прокариотната клетка от грам-отрицателни бактерии се състои от няколко слоя, показани на фигурата по-долу.
Слоеве на черупката на грам-отрицателни бактерии:
1. Вътрешната трислойна цитоплазмена мембрана, която е в контакт с цитоплазмата.
2. Клетъчна стена, която се състои от муреин.
3. Външната трислойна цитоплазмена мембрана, която има същата система от липиди с протеинови комплекси като вътрешната мембрана.
Комуникацията на грам-отрицателните бактериални клетки с външния свят чрез такава сложна тристепенна структура не им дава предимство при оцеляването в тежки условия в сравнение с грам-положителните бактерии, които имат по-малко мощна обвивка. Просто не го приемат добре високи температури, хиперкиселинности спада на налягането.

Видео лекция:Плазмената мембрана. Е.В. Cheval, Ph.D.

Видео лекция:Мембраната като клетъчна граница. А. Иляскин

Значението на мембранните йонни канали

Лесно е да се разбере, че само мастноразтворимите вещества могат да влязат в клетката през мембранния мастен филм. Това са мазнини, алкохоли, газове.Например в еритроцитите кислородът и въглеродният диоксид лесно преминават навътре и навън директно през мембраната. Но водата и водоразтворимите вещества (например йони) просто не могат да преминат през мембраната в нито една клетка. Това означава, че те се нуждаят от специални отвори. Но ако просто направите дупка в мастния филм, той веднага ще се стегне обратно. Какво да правя? В природата беше намерено решение: необходимо е да се направят специални протеинови транспортни структури и да се разтегнат през мембраната. Така се получават каналите за преминаване на неразтворими в мазнини вещества – йонните канали на клетъчната мембрана.

Така че, за да придаде на мембраната си допълнителни свойства на пропускливост за полярни молекули (йони и вода), клетката синтезира специални протеини в цитоплазмата, които след това се интегрират в мембраната. Те са два вида: транспортни протеини (например транспортни АТФази) и каналообразуващи протеини (форматори на канали). Тези протеини са вградени в двойния мастен слой на мембраната и образуват транспортни структури под формата на транспортери или под формата на йонни канали. През тези транспортни структури вече могат да преминават различни водоразтворими вещества, които иначе не могат да преминат през филма на мастната мембрана.

По принцип белтъците, вградени в мембраната, също се наричат интегрална, именно защото те сякаш са включени в състава на мембраната и проникват през нея. Други протеини, не интегрални, образуват сякаш острови, които "плуват" на повърхността на мембраната: или по нея външна повърхност, или вътрешно. В крайна сметка, всеки знае, че мазнините са добра смазка и е лесно да се плъзга по нея!

констатации

1. Като цяло мембраната е трислойна:

1) външния слой от протеинови "острови",

2) мастно двуслойно "море" (липиден двуслой), т.е. двоен липиден филм

3) вътрешния слойот протеинови острови.

Но има и хлабав външен слой - гликокаликса, който се образува от стърчащи от мембраната гликопротеини. Те са молекулярни рецептори, към които се свързват сигналните контроли.

2. В мембраната са вградени специални протеинови структури, осигуряващи нейната пропускливост за йони или други вещества. Не трябва да забравяме, че на места морето от мазнини е наситено с интегрални протеини. И именно интегралните протеини образуват специални транспортни конструкции клетъчна мембрана (вижте раздел 1_2 Мембранни транспортни механизми). Чрез тях веществата влизат в клетката и също се отвеждат от клетката навън.

3. Ензимните протеини могат да бъдат разположени от всяка страна на мембраната (външна и вътрешна), както и вътре в мембраната, които влияят както на състоянието на самата мембрана, така и на живота на цялата клетка.

Така че клетъчната мембрана е активна променлива структура, която активно работи в интерес на цялата клетка и я свързва с външния свят, а не е просто "защитна обвивка". Това е най-важното нещо, което трябва да знаете за клетъчната мембрана.

В медицината мембранните протеини често се използват като „мишени“ за лекарства. Като такива мишени действат рецептори, йонни канали, ензими, транспортни системи. AT последните временав допълнение към мембраната, гените, скрити в клетъчното ядро, също стават мишени за лекарства.

Видео:Въведение в биофизиката на клетъчните мембрани: структура на мембрана 1 (Владимиров Ю.А.)

Видео:История, структура и функции на клетъчната мембрана: Структура на мембраните 2 (Владимиров Ю.А.)

© 2010-2018 Сазонов В.Ф., © 2010-2016 kineziolog.bodhy.

Клетъчни мембрани

Основата на структурната организация на клетката е мембранният принцип на структурата, тоест клетката е изградена главно от мембрани. Всички биологични мембрани имат общо структурни особеностии имоти.

Понастоящем флуидно-мозаечният модел на структурата на мембраната е общоприет.

Основата на мембраната е липиден бислой, образуван главно фосфолипиди. Липиди средно ≈40% химичен съставмембрани. При двуслоен опашките на молекулите в мембраната са обърнати една към друга, а полярните глави са обърнати навън, така че повърхността на мембраната е хидрофилна. Липидите определят основните свойства на мембраните.

В допълнение към липидите, мембраната съдържа протеини (средно ≈60%). Те определят повечето от специфичните функции на мембраната. Протеиновите молекули не образуват непрекъснат слой (фиг. 280). В зависимост от локализацията в мембраната се различават:

© периферни протеини- протеини, разположени на външната или вътрешна повърхностлипиден двуслой;

© полуинтегрални протеини- протеини, потопени в липидния бислой на различна дълбочина;

© интегрална, или трансмембранни протеини -протеини, проникващи през мембраната, докато са в контакт както с външната, така и с вътрешната среда на клетката.

Мембранните протеини могат да изпълняват различни функции:

© транспорт на определени молекули;

© катализа на реакциите, протичащи върху мембрани;

© поддържане на структурата на мембраните;

© приемане и преобразуване на сигнали от околната среда.

Мембраната може да съдържа от 2 до 10% въглехидрати. Въглехидратният компонент на мембраните обикновено е представен от олигозахаридни или полизахаридни вериги, свързани с протеинови молекули (гликопротеини) или липиди (гликолипиди). По принцип въглехидратите са разположени на външната повърхност на мембраната. Функциите на въглехидратите на клетъчната мембрана не са напълно изяснени, но може да се каже, че те осигуряват функции на мембранните рецептори.

В животинските клетки гликопротеините образуват епимембранен комплекс - гликокаликс, с дебелина от няколко десетки нанометра. В него се извършва извънклетъчно храносмилане, разположени са много клетъчни рецептори и с негова помощ, очевидно, се получава клетъчна адхезия.

Молекулите на протеините и липидите са подвижни, способни да се движат , главно в равнината на мембраната. Мембраните са асиметрични , тоест липидният и протеиновият състав на външната и вътрешната повърхност на мембраната е различен.

Дебелината на плазмената мембрана е средно 7,5 nm.

Една от основните функции на мембраната е транспорт, осигуряващ обмена на вещества между клетката и външната среда. Мембраните имат свойството на селективна пропускливост, тоест те са добре пропускливи за някои вещества или молекули и слабо пропускливи (или напълно непроницаеми) за други. Мембранна пропускливост за различни веществазависи от свойствата на техните молекули (полярност, размер и др.), и от характеристиките на мембраните (вътрешната част на липидния слой е хидрофобна).

Съществуват различни механизми за транспортиране на вещества през мембраната (фиг. 281). В зависимост от необходимостта от използване на енергия за транспортиране на вещества има:

© пасивен транспорт- транспорт на вещества без консумация на енергия;

© активен транспорт- транспорт, който използва енергия.

Пасивният транспорт се основава на разликата в концентрациите и зарядите. При пасивния транспорт веществата винаги се движат от зона с по-висока концентрация в зона с по-ниска концентрация, тоест по градиент на концентрация. Ако молекулата е заредена, тогава нейният транспорт се влияе от електрическия градиент. Следователно често се говори за електрохимичен градиент, комбиниращ двата градиента заедно. Скоростта на транспортиране зависи от големината на наклона.

Има три основни пасивни транспортни механизма:

© проста дифузия- транспортиране на вещества директно през липидния бислой. През него лесно преминават газове, неполярни или малки незаредени полярни молекули. Колкото по-малка е молекулата и по-масленоразтворима е, толкова по-бързо ще премине през мембраната. Интересно е, че водата, въпреки че е относително неразтворима в мазнини, прониква в липидния двуслой много бързо. Това е така, защото неговата молекула е малка и електрически неутрална. Дифузия на вода през мембраните се нарича осмоза.

© Улеснена дифузия- транспортиране на вещества с помощта на спец

транспортни протеини, всеки от които е отговорен за транспорта на определени молекули или групи от свързани молекули. Те взаимодействат с молекулата на прехвърленото вещество и по някакъв начин я придвижват през мембраната. Така захари, аминокиселини, нуклеотиди и много други полярни молекули се транспортират в клетката.

Необходимостта от активен транспорт възниква, когато е необходимо да се осигури пренос на молекули през мембраната срещу електрохимичния градиент. Този транспорт се осъществява от протеини носители, чиято дейност изисква енергийни разходи. Източникът на енергия са АТФ молекули.

Една от най-изучаваните системи за активен транспорт е натриево-калиевата помпа. Концентрацията на К вътре в клетката е много по-висока, отколкото извън нея, а Na е обратното. Следователно, K пасивно дифундира извън клетката през водните пори на мембраната, а Na в клетката. В същото време за нормалното функциониране на клетката е важно да се поддържа определено съотношение на йони К и Na в цитоплазмата и във външната среда. Това е възможно, защото мембраната, поради наличието на (Na + K) помпа, активно изпомпва Na от клетката и K в клетката. Работата на (Na + K) помпата консумира почти една трета от общата енергия, необходима за живота на клетката.

Помпата е специален трансмембранен мембранен протеин, способен на конформационни промени, поради което може да прикрепя както K, така и Na йони към себе си. Работният цикъл на (Na + K) помпата се състои от няколко фази (фиг. 282):

© от вътрешната страна на мембраната в протеина на помпата влизат Na йони и АТФ молекула, а от външната страна - К йони;

© Na йони се свързват с протеинова молекула и протеинът придобива АТФазна активност, тоест придобива способността да предизвиква хидролиза на АТФ, придружена от освобождаване на енергия, която привежда помпата в движение;

© фосфатът, освободен по време на хидролизата на АТФ, е прикрепен към протеина, тоест протеинът е фосфорилиран;

© фосфорилирането причинява конформационни промени в протеина, той не е в състояние да задържа Na йони - те се освобождават и излизат извън клетката;

© новата конформация на протеина е такава, че е възможно да се прикрепят К йони към него;

© добавянето на К йони предизвиква дефосфорилиране на протеина, в резултат на което той отново променя своята конформация;

© промяна в белтъчната конформация води до освобождаване на К йони вътре в клетката;

© Сега протеинът отново е готов да прикрепи Na йони към себе си.

В един цикъл на работа помпата изпомпва 3 Na йони от клетката и изпомпва йони 2 K. Тази разлика в броя на прехвърлените йони се дължи на факта, че пропускливостта на мембраната за K йони е по-висока, отколкото за Na йони. Съответно, К пасивно дифундира извън клетката по-бързо от Na в клетката.

© пиноцитоза - процесът на улавяне и абсорбиране на течни капчици с разтворени в нея вещества.

Екзоцитоза- процес на отделяне различни веществаот клетката. По време на екзоцитоза, мембраната на везикулата (или вакуола), когато е в контакт с външната цитоплазмена мембрана, се слива с нея. Съдържанието на везикула се отстранява извън прореза и неговата мембрана е включена в състава на външната цитоплазмена мембрана.

Всички живи организми, в зависимост от структурата на клетката, се разделят на три групи (виж фиг. 1):

1. Прокариоти (неядрени)

2. Еукариоти (ядрени)

3. Вируси (неклетъчни)

Ориз. 1. Живи организми

В този урок ще започнем да изучаваме структурата на клетките на еукариотните организми, които включват растения, гъби и животни. Техните клетки са най-големите и по-сложни в сравнение с прокариотните клетки.

Както знаете, клетките са способни на независима дейност. Те могат да обменят материя и енергия с околната среда, както и следователно да растат и да се размножават вътрешна структураклетки е много сложен и зависи преди всичко от функцията, която клетката изпълнява в многоклетъчния организъм.

Принципите на изграждане на всички клетки са еднакви. Във всяка еукариотна клетка могат да се разграничат следните основни части (виж фиг. 2):

1. Външната мембрана, която отделя съдържанието на клетката от външната среда.

2. Цитоплазма с органели.

Ориз. 2. Основните части на еукариотната клетка

Терминът "мембрана" е предложен преди около сто години, за да обозначава границите на клетката, но с развитието на електронната микроскопия стана ясно, че клетъчната мембрана е част от конструктивни елементиклетки.

През 1959 г. Дж. Д. Робъртсън формулира хипотезата за елементарна мембрана, според която клетъчните мембрани на животните и растенията са изградени по един и същи тип.

През 1972 г. е предложено от Сингър и Никълсън, което в момента е общоприето. Според този модел основата на всяка мембрана е двоен слой фосфолипиди.

При фосфолипидите (съединения, съдържащи фосфатна група) молекулите се състоят от полярна глава и две неполярни опашки (виж фиг. 3).

Ориз. 3. Фосфолипид

Хидрофобни остатъци във фосфолипидния двуслой мастни киселиниобърнати навътре, а хидрофилните глави, включително остатък от фосфорна киселина, обърнати навън (виж фиг. 4).

Ориз. 4. Фосфолипиден двуслой

Фосфолипидният двуслой е представен като динамична структура, липидите могат да се движат, променяйки позицията си.

Двойният слой липиди осигурява бариерната функция на мембраната, предотвратявайки разпространението на съдържанието на клетката и предотвратява навлизането на токсични вещества в клетката.

Наличието на гранична мембрана между клетката и околната среда е известно много преди появата на електронния микроскоп. Физическите химици отрекоха съществуването на плазмената мембрана и вярваха, че има интерфейс между живото колоидно съдържание и околната среда, но Пфефер (немски ботаник и физиолог на растенията) през 1890 г. потвърждава съществуването й.

В началото на миналия век Овертън (британски физиолог и биолог) открива, че скоростта на проникване на много вещества в еритроцитите е право пропорционална на тяхната липидна разтворимост. В тази връзка ученият предполага, че мембраната съдържа голямо количество липиди и вещества, разтваряйки се в нея, преминават през нея и се оказват от другата страна на мембраната.

През 1925 г. Гортър и Грендел (американски биолози) изолират липиди от клетъчната мембрана на еритроцитите. Получените липиди се разпределят по повърхността на водата с дебелина от една молекула. Оказа се, че повърхността, заета от липидния слой, е два пъти повече площсамия еритроцит. Следователно тези учени стигнаха до заключението, че клетъчната мембрана се състои не от един, а от два слоя липиди.

Доусън и Даниели (английски биолози) през 1935 г. предполагат, че в клетъчните мембрани бимолекулният липиден слой е затворен между два слоя протеинови молекули (виж фиг. 5).

Ориз. 5. Модел на мембрана, предложен от Dawson и Danielli

С появата на електронния микроскоп стана възможно да се запознаем със структурата на мембраната и тогава се установи, че мембраните на животинските и растителните клетки изглеждат като трислойна структура (виж фиг. 6).

Ориз. 6. Клетъчна мембрана под микроскоп

През 1959 г. биологът Дж. Д. Робъртсън, комбинирайки наличните по това време данни, излага хипотеза за структурата на "елементарната мембрана", в която той постулира структура, обща за всички биологични мембрани.

Постулатите на Робъртсън за структурата на "елементарната мембрана"

1. Всички мембрани са с дебелина около 7,5 nm.

2. В електронен микроскоп всички те изглеждат трислойни.

3. Трислойният изглед на мембраната е резултат от точно подреждането на протеини и полярни липиди, което е предоставено от модела на Доусън и Даниели - централният липиден бислой е затворен между два слоя протеин.

Тази хипотеза за структурата на "елементарната мембрана" е претърпяла различни промени и през 1972 г. флуиден мозаечен модел на мембраната(виж фиг. 7), което сега е общоприето.

Ориз. 7. Флуиден мозаечен модел на мембраната

Протеиновите молекули са потопени в липидния бислой на мембраната, те образуват подвижна мозайка. Според местоположението им в мембраната и начина, по който взаимодействат с липидния бислой, протеините могат да бъдат разделени на:

- повърхностен (или периферен)мембранни протеини, свързани с хидрофилната повърхност на липидния бислой;

- интегрална (мембрана)протеини, вградени в хидрофобната област на бислоя.

Интегралните протеини се различават по степента на тяхното потапяне в хидрофобната област на бислоя. Те могат да бъдат напълно потопени интегрална) или частично потопен ( полуинтегрален), а също така може да проникне през мембраната през ( трансмембранен).

Мембранните протеини могат да бъдат разделени на две групи според техните функции:

- структурнипротеини. Те са част от клетъчните мембрани и участват в поддържането на тяхната структура.

- динамиченпротеини. Те се намират върху мембраните и участват в процесите, протичащи върху нея.

Има три класа динамични протеини.

1. Рецептор. С помощта на тези протеини клетката възприема различни влияния върху повърхността си. Тоест, те специфично свързват съединения като хормони, невротрансмитери, токсини от външната страна на мембраната, което служи като сигнал за промяна на различни процеси вътре в клетката или в самата мембрана.

2. Транспорт. Тези протеини транспортират определени вещества през мембраната, те също така образуват канали, през които различни йони се транспортират в и извън клетката.

3. Ензимна. Това са ензимни протеини, които се намират в мембраната и участват в различни химични процеси.

Транспортиране на вещества през мембраната

Липидните двойни слоеве са до голяма степен непроницаеми за много вещества, така че е необходимо голямо количество енергия за транспортиране на вещества през мембраната, както и образуването на различни структури.

Има два вида транспорт: пасивен и активен.

Пасивен транспорт

Пасивният транспорт е движението на молекулите по градиент на концентрация. Тоест, той се определя само от разликата в концентрацията на прехвърленото вещество от противоположните страни на мембраната и се извършва без разход на енергия.

Има два вида пасивен транспорт:

- проста дифузия(виж фиг. 8), което протича без участието на мембранния протеин. Механизмът на простата дифузия е трансмембранният пренос на газове (кислород и въглероден двуокис), вода и някои прости органични йони. Простата дифузия е бавна.

Ориз. 8. Проста дифузия

- улеснена дифузия(виж фиг. 9) се различава от простите по това, че се осъществява с участието на протеини носители. Този процес е специфичен и протича с по-висока скорост от обикновената дифузия.

Ориз. 9. Улеснена дифузия

Известни са два типа мембранни транспортни протеини: протеини носители (транслокази) и протеини, образуващи канали. Транспортните протеини свързват специфични вещества и ги пренасят през мембраната по техния градиент на концентрация и следователно този процес, както при проста дифузия, не изисква изразходване на енергия на АТФ.

Хранителните частици не могат да преминат през мембраната, те влизат в клетката чрез ендоцитоза (виж фиг. 10). По време на ендоцитозата плазмената мембрана образува инвагинации и израстъци, улавя твърда частица храна. Около хранителния болус се образува вакуола (или везикула), която след това се отделя от плазмената мембрана и твърдата частица във вакуолата е вътре в клетката.

Ориз. 10. Ендоцитоза

Има два вида ендоцитоза.

1. Фагоцитоза- абсорбция на твърди частици. Наричат ​​се специализирани клетки, които извършват фагоцитоза фагоцити.

2. пиноцитоза- абсорбция течен материал(разтвор, колоиден разтвор, суспензии).

Екзоцитоза(виж фиг. 11) - процес, обратен на ендоцитоза. Веществата, синтезирани в клетката, като хормоните, се опаковат в мембранни везикули, които пасват на клетъчната мембрана, вграждат се в нея и съдържанието на везикулата се изхвърля от клетката. По същия начин клетката може да се отърве от ненужните метаболитни продукти.

Ориз. 11. Екзоцитоза

активен транспорт

За разлика от улеснената дифузия, активният транспорт е движението на вещества срещу градиент на концентрация. В този случай веществата преминават от зона с по-ниска концентрация към зона с по-висока концентрация. Тъй като такова движение се случва в посока, обратна на нормалната дифузия, клетката трябва да изразходва енергия в този процес.

Сред примерите за активен транспорт най-добре е проучена така наречената натриево-калиева помпа. Тази помпа изпомпва натриеви йони от клетката и изпомпва калиеви йони в клетката, използвайки енергията на АТФ.

1. Структурни (клетъчната мембрана отделя клетката от околната среда).

2. Транспорт (веществата се транспортират през клетъчната мембрана, а клетъчната мембрана е високоселективен филтър).

3. Рецептор (рецепторите, разположени на повърхността на мембраната, възприемат външни влияния, предават тази информация в клетката, което й позволява бързо да реагира на промените в околната среда).

В допълнение към изброените по-горе, мембраната изпълнява и метаболитна функция и функция за преобразуване на енергия.

метаболитна функция

Биологичните мембрани пряко или косвено участват в процесите на метаболитни трансформации на веществата в клетката, тъй като повечето ензими са свързани с мембраните.

Липидната среда на ензимите в мембраната създава определени условия за тяхното функциониране, налага ограничения върху активността на мембранните протеини и по този начин има регулаторен ефект върху метаболитните процеси.

Функция за преобразуване на енергия

Най-важната функция на много биомембрани е превръщането на една форма на енергия в друга.

Мембраните за пренос на енергия включват вътрешни мембранимитохондрии, хлоропластни тилакоиди (виж фиг. 12).

Ориз. 12. Митохондрии и хлоропласт

Библиография

1. Каменски А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Обща биология 10-11 клас Дропла, 2005г.
2. Биология. 10 клас. Обща биология. Основно ниво / П.В. Ижевски, О.А. Корнилова, Т.Е. Лощилин и др. - 2-ро изд., преработено. - Вентана-Граф, 2010. - 224 с.
3. Беляев Д.К. Биология 10-11 клас. Обща биология. Основно ниво на. - 11-то изд., стереотип. - М.: Образование, 2012. - 304 с.
4. Агафонова И.Б., Захарова Е.Т., Сивоглазов В.И. Биология 10-11 клас. Обща биология. Основно ниво на. - 6-то изд., доп. - Дропла, 2010. - 384 с.

1. Ayzdorov.ru ().
2. Youtube.com().
3. Doctor-v.ru ().
4. Animals-world.ru ().

Домашна работа

1. Каква е структурата на клетъчната мембрана?
2. Какви са свойствата на липидите да образуват мембрани?
3. Благодарение на какви функции протеините могат да участват в транспорта на вещества през мембраната?
4. Избройте функциите на плазмената мембрана.
5. Как се осъществява пасивният транспорт през мембраната?
6. Как се осъществява активният транспорт през мембраната?
7. Каква е функцията на натриево-калиевата помпа?
8. Какво е фагоцитоза, пиноцитоза?

Клетъчни мембрани: тяхната структура и функции

Мембраните са изключително вискозни и в същото време пластмасови структури, които обграждат всички живи клетки. Функции на клетъчните мембрани:

1. Плазмената мембрана е бариера, която поддържа различен състав на извънклетъчната и вътреклетъчната среда.

2. Мембраните образуват специализирани отделения вътре в клетката, т.е. множество органели - митохондрии, лизозоми, комплекс на Голджи, ендоплазмен ретикулум, ядрени мембрани.

3. Ензимите, участващи в преобразуването на енергия в процеси като окислително фосфорилиране и фотосинтеза са локализирани в мембраните.

Мембранна структура

През 1972 г. Сингър и Никълсън предлагат флуиден мозаечен модел на структурата на мембраната. Според този модел функциониращите мембрани са двуизмерен разтвор на глобуларни интегрални протеини, разтворени в течна фосфолипидна матрица. По този начин мембраните се основават на бимолекулен липиден слой, с подредено подреждане на молекулите.

В този случай хидрофилният слой се образува от полярната глава на фосфолипидите (фосфатен остатък с прикрепен към него холин, етаноламин или серин), а също и от въглехидратната част на гликолипидите. Хидрофобен слой - въглеводородни радикали на мастни киселини и сфингозин фосфолипиди и гликолипиди.

Свойства на мембраната:

1. Селективна пропускливост. Затвореният двуслой осигурява едно от основните свойства на мембраната: тя е непропусклива за повечето водоразтворими молекули, тъй като те не се разтварят в нейното хидрофобно ядро. Газове като кислород, CO 2 и азот имат способността лесно да проникват в клетката поради малкия размер на молекулите и слабото взаимодействие с разтворителите. Също така, молекули от липидна природа, например стероидни хормони, лесно проникват през бислоя.

2. Ликвидност. Липидният двуслой има течно-кристална структура, тъй като липидният слой обикновено е течен, но в него има области на втвърдяване, подобно на кристалните структури. Въпреки че позицията на липидните молекули е подредена, те запазват способността си да се движат. Възможни са два вида движения на фосфолипидите - това е салто (в научна литературанаречена „флип флоп“) и странична дифузия. В първия случай противоположните една на друга фосфолипидни молекули в бимолекулния слой се обръщат (или салто) една към друга и сменят местата си в мембраната, т.е. външното става вътрешно и обратно. Такива скокове са свързани с разхода на енергия и са много редки. По-често се наблюдават ротации около оста (ротация) и странична дифузия - движение в слоя, успоредно на повърхността на мембраната.

3. Асиметрия на мембраните. Повърхностите на една и съща мембрана се различават по състава на липидите, протеините и въглехидратите (напречна асиметрия). Например, във външния слой преобладават фосфатидилхолините, докато във вътрешния слой преобладават фосфатидилетаноламини и фосфатидилсерини. Въглехидратните компоненти на гликопротеините и гликолипидите излизат на външната повърхност, образувайки непрекъсната торбичка, наречена гликокаликс. На вътрешната повърхност няма въглехидрати. Протеини – хормоналните рецептори са разположени на външната повърхност на плазмената мембрана, а регулираните от тях ензими – аденилатциклаза, фосфолипаза С – от вътрешната и др.

Мембранни протеини

Мембранните фосфолипиди действат като разтворител за мембранните протеини, създавайки микросреда, в която последните могат да функционират. Броят на различните протеини в мембраната варира от 6-8 в саркоплазмения ретикулум до повече от 100 в плазмената мембрана. Това са ензими, транспортни протеини, структурни протеини, антигени, включително антигени на основната система за хистосъвместимост, рецептори за различни молекули.

По локализация в мембраната протеините се разделят на интегрални (частично или напълно потопени в мембраната) и периферни (разположени на нейната повърхност). Някои интегрални протеини пробиват мембраната многократно. Например, фоторецепторът на ретината и β2-адренергичният рецептор пресичат бислоя 7 пъти.

Трансфер на материя и информация през мембрани

Клетъчните мембрани не са плътно затворени прегради. Една от основните функции на мембраните е регулирането на преноса на вещества и информация. Трансмембранното движение на малки молекули се осъществява 1) чрез дифузия, пасивна или улеснена, и 2) чрез активен транспорт. Трансмембранното движение на големи молекули се осъществява 1) чрез ендоцитоза и 2) чрез екзоцитоза. Предаването на сигнала през мембраните се осъществява с помощта на рецептори, локализирани на външната повърхност на плазмената мембрана. В този случай сигналът или претърпява трансформация (например глюкагон cAMP), или се интернализира, свързан с ендоцитоза (например LDL - LDL рецептор).

Простата дифузия е проникването на вещества в клетката по електрохимичен градиент. В този случай не са необходими разходи за енергия. Скоростта на проста дифузия се определя от 1) трансмембранния концентрационен градиент на веществото и 2) неговата разтворимост в хидрофобния слой на мембраната.

При улеснена дифузия веществата също се транспортират през мембраната по градиент на концентрация, без енергийни разходи, но с помощта на специални мембранни протеини носители. Следователно улеснената дифузия се различава от пасивната по редица параметри: 1) улеснената дифузия се характеризира с висока селективност, т.к. протеинът носител има активен център, комплементарен на прехвърленото вещество; 2) скоростта на улеснена дифузия е в състояние да достигне плато, тъй като броят на молекулите носители е ограничен.

Някои транспортни протеини просто пренасят вещество от едната страна на мембраната до другата. Такъв прост трансфер се нарича пасивен унипорт. Пример за uniport е GLUT, глюкозен транспортер, който транспортира глюкоза през клетъчните мембрани. Други протеини функционират като системи за съвместен транспорт, при които транспортирането на едно вещество зависи от едновременното или последователно транспортиране на друго вещество или в същата посока - такъв трансфер се нарича пасивен симпорт, или в обратна посока - такъв трансфер се нарича пасивен антипорт. Транслоказите на вътрешната мембрана на митохондриите, по-специално ADP/ATP транслоказата, функционират според пасивния антипортен механизъм.

При активен транспорт преносът на вещество се извършва срещу градиент на концентрация и следователно е свързан с енергийни разходи. Ако преносът на лиганди през мембраната е свързан с разхода на енергия на АТФ, тогава такъв трансфер се нарича първичен активен транспорт. Пример за това са Na + K + -ATPase и Ca 2+ -ATPase, локализирани в плазмената мембрана на човешките клетки и H + ,K + -ATPase на стомашната лигавица.

вторичен активен транспорт. Транспортирането на някои вещества срещу градиента на концентрацията зависи от едновременния или последователен транспорт на Na + (натриеви йони) по градиента на концентрацията. В този случай, ако лигандът се прехвърли в същата посока като Na+, процесът се нарича активен симпорт. Според механизма на активния симпорт глюкозата се абсорбира от чревния лумен, където концентрацията й е ниска. Ако лигандът се прехвърли в обратна посока към натриевите йони, тогава този процес се нарича активен антипорт. Пример е Na + ,Ca 2+ обменникът на плазмената мембрана.

клетъчната мембрана -молекулярна структура, която се състои от липиди и протеини. Основните му свойства и функции:

• отделяне на съдържанието на всяка клетка от външната среда, осигуряване на нейната цялост;
• управление и регулиране на обмена между околната среда и клетката;
• вътреклетъчните мембрани разделят клетката на специални отделения: органели или отделения.

Думата "мембрана" на латински означава "филм". Ако говорим за клетъчната мембрана, тогава това е комбинация от два филма, които имат различни свойства.

Биологичната мембрана включва три вида протеини:

1. Периферни - разположени на повърхността на филма;
2. Интегрални - напълно проникват в мембраната;
3. Полуинтегрални - в единия край проникват в билипидния слой.

Какви са функциите на клетъчната мембрана

1. Клетъчна стена – здрава обвивка на клетката, която се намира извън цитоплазмената мембрана. Изпълнява защитни, транспортни и конструктивни функции. Присъства в много растения, бактерии, гъбички и археи.

2. Осигурява бариерна функция, тоест избирателен, регулиран, активен и пасивен метаболизъм с външната среда.

3. Способен да предава и съхранява информация, а също така участва в процеса на възпроизвеждане.

4. Изпълнява транспортна функция, която може да транспортира вещества през мембраната в и извън клетката.

5. Клетъчната мембрана има еднопосочна проводимост. Поради това молекулите на водата могат да преминат през клетъчната мембрана без забавяне, а молекулите на други вещества проникват селективно.

6. С помощта на клетъчната мембрана, вода, кислород и хранителни вещества, а чрез него се отстраняват продуктите на клетъчния метаболизъм.

7. Извършва клетъчен обмен през мембрани и може да ги извършва чрез 3 основни типа реакции: пиноцитоза, фагоцитоза, екзоцитоза.

8. Мембраната осигурява спецификата на междуклетъчните контакти.

9. В мембраната има множество рецептори, които са способни да възприемат химически сигнали – медиатори, хормони и много други биологично активни вещества. Така тя е в състояние да промени метаболитната активност на клетката.

10. Основните свойства и функции на клетъчната мембрана:

• матрица
• Бариера
• Транспорт
• Енергия
• Механични
• Ензимна
• Рецептор
• Защитен
• Маркиране
• Биопотенциал

Каква е функцията на плазмената мембрана в клетката?

1. Ограничава съдържанието на клетката;
2. Осъществява притока на вещества в клетката;
3. Осигурява отстраняване на редица вещества от клетката.

структура на клетъчната мембрана

Клетъчни мембрани включват липиди от 3 класа:

• гликолипиди;
• Фосфолипиди;
• холестерол.

По принцип клетъчната мембрана се състои от протеини и липиди и има дебелина не повече от 11 nm. От 40 до 90% от всички липиди са фосфолипиди. Важно е да се отбележат и гликолипидите, които са един от основните компоненти на мембраната.

Структурата на клетъчната мембрана е трислойна. В центъра е разположен хомогенен течен билипиден слой, който го покрива от двете страни (като мозайка), частично прониквайки в дебелината. Протеините също са необходими, за да може мембраната да премине вътре в клетките и да транспортира от тях специални вещества, които не могат да проникнат в мастния слой. Например, натриеви и калиеви йони.

• Интересно е -

Клетъчна структура - видео