Osnovna strukturna jedinica živog organizma je stanica, koja je diferencirani dio citoplazme okružen staničnom membranom. Zbog činjenice da stanica obavlja mnoge važne funkcije, kao što su reprodukcija, prehrana, kretanje, membrana mora biti plastična i gusta.

Povijest otkrića i istraživanja stanične membrane

Godine 1925. Grendel i Gorder proveli su uspješan eksperiment da identificiraju "sjene" crvenih krvnih zrnaca ili praznih membrana. Unatoč nekoliko ozbiljnih pogrešaka, znanstvenici su otkrili lipidni dvosloj. Njihov rad nastavili su Danielli, Dawson 1935. i Robertson 1960. Kao rezultat dugogodišnjeg rada i gomilanja argumenata, 1972. Singer i Nicholson stvorili su fluidno-mozaični model strukture membrane. Daljnji eksperimenti i studije potvrdili su radove znanstvenika.

Značenje

Što je stanična membrana? Ova riječ počela se koristiti prije više od stotinu godina, u prijevodu s latinskog znači "film", "koža". Tako je označena granica stanice, koja je prirodna barijera između unutarnjeg sadržaja i vanjskog okoliša. Građa stanične membrane podrazumijeva polupropusnost, zbog koje vlaga i hranjivim tvarima a produkti raspadanja mogu slobodno prolaziti kroz njega. Ova se ljuska može nazvati glavnom strukturnom komponentom stanične organizacije.

Razmotrimo glavne funkcije stanične membrane

1. Odvaja unutarnji sadržaj stanice i komponente vanjskog okoliša.

2. Pomaže u održavanju stalnog kemijskog sastava stanice.

3. Regulira pravilan metabolizam.

4. Omogućuje komunikaciju između stanica.

5. Prepoznaje signale.

6. Funkcija zaštite.

"plazma školjka"

Vanjska stanična membrana, koja se naziva i plazma membrana, ultramikroskopski je film čija se debljina kreće od pet do sedam nanomilimetara. Sastoji se uglavnom od proteinskih spojeva, fosfolida i vode. Folija je elastična, lako upija vodu i brzo vraća svoj integritet nakon oštećenja.

Ima univerzalnu strukturu. Ova membrana zauzima granični položaj, sudjeluje u procesu selektivne propusnosti, uklanjanja produkata raspadanja i sintetizira ih. Odnos sa susjedima i pouzdana zaštita unutarnji sadržaj od oštećenja čini ga važnom komponentom u stvari kao što je struktura stanice. Stanična membrana ponekad su prekriveni životinjski organizmi najtanji sloj- glikokaliks, koji uključuje proteine ​​i polisaharide. Biljne stanice izvan membrane zaštićene su staničnom stijenkom, koja služi kao potpora i održava oblik. Glavna komponenta njegovog sastava je vlakno (celuloza) - polisaharid koji je netopljiv u vodi.

Dakle, vanjska stanična membrana ima funkciju popravka, zaštite i interakcije s drugim stanicama.

Građa stanične membrane

Debljina ove pomične ljuske varira od šest do deset nanomilimetara. Stanična membrana stanice ima poseban sastav, čija je osnova lipidni dvosloj. Hidrofobni repovi, inertni na vodu, nalaze se s unutarnje strane, dok su hidrofilne glave, u interakciji s vodom, okrenute prema van. Svaki lipid je fosfolipid, koji je rezultat interakcije tvari kao što su glicerol i sfingozin. Lipidni okvir je blisko okružen proteinima, koji su raspoređeni u nekontinuirani sloj. Neki od njih su uronjeni u lipidni sloj, ostali prolaze kroz njega. Kao rezultat toga nastaju područja propusna za vodu. Funkcije koje obavljaju ti proteini su različite. Neki od njih su enzimi, ostali su transportni proteini koji prenose različite tvari iz vanjskog okruženja u citoplazmu i natrag.

Stanična membrana je prožeta i tijesno povezana integralnim proteinima, a veza s perifernim je slabija. Ovi proteini obavljaju važnu funkciju, a to je održavanje strukture membrane, primanje i pretvaranje signala iz okoliš, transport tvari, kataliza reakcija koje se odvijaju na membranama.

Spoj

Osnova stanične membrane je bimolekularni sloj. Zahvaljujući svom kontinuitetu, stanica ima barijerna i mehanička svojstva. U različitim fazama života ovaj dvosloj može biti poremećen. Kao rezultat toga, nastaju strukturni defekti kroz hidrofilne pore. U ovom slučaju mogu se promijeniti apsolutno sve funkcije takve komponente kao što je stanična membrana. Jezgra može patiti od vanjskih utjecaja.

Svojstva

Stanična membrana stanice ima zanimljive karakteristike. Zbog svoje fluidnosti ova membrana nije kruta struktura, a glavnina proteina i lipida koji je čine slobodno se kreće po ravnini membrane.

Općenito, stanična membrana je asimetrična, pa je sastav proteinskih i lipidnih slojeva različit. Plazma membrane u životinjskim stanicama s vlastitim vani imaju glikoproteinski sloj koji obavlja receptorske i signalne funkcije, a također igra glavnu ulogu u procesu spajanja stanica u tkivo. Stanična membrana je polarna, odnosno naboj izvana je pozitivan, a naboj iznutra negativan. Uz sve navedeno, stanična membrana ima selektivan uvid.

To znači da u stanicu, osim vode, ulazi samo određena skupina molekula i iona otopljenih tvari. Koncentracija tvari kao što je natrij u većini stanica mnogo je niža nego u vanjsko okruženje. Ioni kalija imaju drugačiji omjer: njihova količina u stanici mnogo je veća nego u okolišu. S tim u vezi, ioni natrija teže prodrijeti kroz staničnu membranu, a ioni kalija teže se osloboditi van. U tim okolnostima membrana aktivira poseban sustav koji ima ulogu "pumpanja", izravnavajući koncentraciju tvari: ioni natrija pumpaju se na površinu stanice, a ioni kalija pumpaju se unutra. Ova značajka ubraja se u najvažnije funkcije stanične membrane.

Ova tendencija iona natrija i kalija da se pomaknu s površine prema unutra igra veliku ulogu u transportu šećera i aminokiselina u stanicu. U procesu aktivnog uklanjanja natrijevih iona iz stanice, membrana stvara uvjete za nove unose glukoze i aminokiselina unutra. Naprotiv, u procesu prijenosa kalijevih iona u stanicu, obnavlja se broj "transportera" produkata raspadanja iz unutrašnjosti stanice u vanjsko okruženje.

Kako se prehrana stanica odvija kroz staničnu membranu?

Mnoge stanice preuzimaju tvari putem procesa kao što su fagocitoza i pinocitoza. U prvoj varijanti fleksibilna vanjska membrana stvara malu udubinu u kojoj završi uhvaćena čestica. Promjer udubljenja tada postaje sve veći dok zatvorena čestica ne uđe u staničnu citoplazmu. Fagocitozom se hrane neke protozoe, npr. amebe, ali i krvne stanice – leukociti i fagociti. Slično, stanice apsorbiraju tekućinu koja sadrži potrebne hranjive tvari. Taj se fenomen naziva pinocitoza.

Vanjska membrana je usko povezana s endoplazmatskim retikulumom stanice.

Mnoge vrste glavnih komponenti tkiva imaju izbočine, nabore i mikrovile na površini membrane. Biljne stanice s vanjske strane ove ljuske prekrivene su drugom, debelom i jasno vidljivom pod mikroskopom. Vlakna od kojih su napravljeni pomažu u stvaranju potpore biljnim tkivima, poput drva. Životinjske stanice također imaju niz vanjskih struktura koje se nalaze na vrhu stanične membrane. Oni su isključivo zaštitne prirode, primjer za to je hitin sadržan u pokrovnim stanicama insekata.

Osim stanične membrane postoji i unutarstanična membrana. Njegova je funkcija podijeliti stanicu u nekoliko specijaliziranih zatvorenih odjeljaka – odjeljaka ili organela, gdje se mora održavati određena okolina.

Dakle, nemoguće je precijeniti ulogu takve komponente osnovne jedinice živog organizma kao što je stanična membrana. Struktura i funkcije sugeriraju značajno proširenje ukupna površina površina stanica, poboljšanje metaboličkih procesa. Ova molekularna struktura sastoji se od proteina i lipida. Odvajajući stanicu od vanjskog okoliša, membrana osigurava njezinu cjelovitost. Uz njegovu pomoć, međustanične veze održavaju se na prilično jakoj razini, tvoreći tkiva. S tim u vezi možemo zaključiti da stanična membrana ima jednu od najvažnijih uloga u stanici. Struktura i funkcije koje obavlja radikalno su različite različite stanice, ovisno o njihovoj namjeni. Ovim svojstvima ostvaruje se raznovrsnost fizioloških aktivnosti staničnih membrana i njihove uloge u postojanju stanica i tkiva.

Biološke membrane.
Pojam “membrana” (latinski membrana - koža, film) počeo se koristiti prije više od 100 godina za označavanje stanične granice koja služi, s jedne strane, kao barijera između sadržaja stanice i vanjskog okoliša, i s druge, kao polupropusna pregrada kroz koju može proći voda i neke tvari. Međutim, funkcije membrane nisu ograničene na ovo, jer biološke membranečine osnovu strukturne organizacije stanice.
Struktura membrane. Prema ovom modelu, glavna membrana je lipidni dvosloj u kojem su hidrofobni repovi molekula okrenuti prema unutra, a hidrofilne glave prema van. Lipide predstavljaju fosfolipidi - derivati ​​glicerola ili sfingozina. Proteini su povezani s lipidnim slojem. Integralni (transmembranski) proteini prodiru kroz membranu i čvrsto su povezani s njom; periferni ne prodiru i slabije su povezani s membranom. Funkcije membranskih proteina: održavanje strukture membrane, primanje i pretvaranje signala iz okoline. okoliš, transport određenih tvari, kataliza reakcija koje se odvijaju na membranama. Debljina membrane je od 6 do 10 nm.

Svojstva membrane:
1. Fluidnost. Membrana nije kruta struktura; većina njezinih sastavnih proteina i lipida može se kretati u ravnini membrane.
2. Asimetrija. Sastav vanjskih i unutarnjih slojeva proteina i lipida je različit. Osim toga, plazma membrane životinjskih stanica imaju izvana sloj glikoproteina (glikokaliks, koji obavlja signalnu i receptorsku funkciju, a važan je i za spajanje stanica u tkiva)
3. Polaritet. Vanjska strana membrane nosi pozitivan naboj, a unutarnji je negativan.
4. Selektivna propusnost. Membrane živih stanica, osim vode, propuštaju samo određene molekule i ione otopljenih tvari. (Korištenje pojma "polupropusnost" u odnosu na stanične membrane nije sasvim ispravno, jer ovaj koncept implicira da membrana propušta samo molekule otapala, dok zadržava sve molekule i ione otopljenih tvari.)

Vanjska stanična membrana (plazmalema) je ultramikroskopski film debljine 7,5 nm koji se sastoji od proteina, fosfolipida i vode. Elastični film koji se dobro kvasi vodom i brzo vraća svoj integritet nakon oštećenja. Ima univerzalnu strukturu, tipičnu za sve biološke membrane. Granični položaj ove membrane, njezino sudjelovanje u procesima selektivne propusnosti, pinocitoze, fagocitoze, izlučivanja produkata izlučivanja i sinteze, u interakciji sa susjednim stanicama i zaštiti stanice od oštećenja čini njezinu ulogu izuzetno važnom. Životinjske stanice izvan membrane ponekad su prekrivene tankim slojem koji se sastoji od polisaharida i proteina - glikokaliksa. U biljnim stanicama izvan stanične membrane nalazi se čvrsta stanična stijenka koja stvara vanjsku potporu i održava oblik stanice. Sastoji se od vlakana (celuloze), polisaharida netopljivog u vodi.

Stanične membrane

Strukturna organizacija stanice temelji se na membranskom principu građe, odnosno stanica je uglavnom građena od membrana. Sve biološke membrane imaju zajedničko strukturne značajke i svojstva.

Trenutačno je općenito prihvaćen model tekućeg mozaika strukture membrane.

Membrana se temelji na lipidnom dvosloju formiranom uglavnom fosfolipidi. Lipidi čine prosječno ≈40% kemijskog sastava membrane. U dvosloju su repovi molekula u membrani okrenuti jedan prema drugom, a polarne glave prema van, tako da je površina membrane hidrofilna. Lipidi određuju osnovna svojstva membrana.

Osim lipida, membrana sadrži proteine ​​(u prosjeku ≈60%). Oni određuju većinu specifičnih funkcija membrane. Proteinske molekule ne tvore kontinuirani sloj (slika 280). Ovisno o položaju u membrani, postoje:

© perifernih proteina- proteini koji se nalaze na vanjskoj odn unutarnja površina lipidni dvosloj;

© poluintegralni proteini- proteini uronjeni u lipidni dvosloj na različite dubine;

© sastavni, ili transmembranski proteini - proteini koji prodiru kroz membranu, dolazeći u kontakt s vanjskim i unutarnjim okolišem stanice.

Membranski proteini mogu obavljati različite funkcije:

© transport određenih molekula;

© kataliza reakcija koje se odvijaju na membranama;

© održavanje strukture membrane;

© primanje i pretvaranje signala iz okoline.

Membrana može sadržavati od 2 do 10% ugljikohidrata. Ugljikohidratna komponenta membrana obično je predstavljena oligosaharidnim ili polisaharidnim lancima povezanim s proteinskim molekulama (glikoproteini) ili lipidima (glikolipidi). Ugljikohidrati se uglavnom nalaze na vanjska površina membrane. Funkcije ugljikohidrata u staničnoj membrani nisu u potpunosti shvaćene, ali možemo reći da oni osiguravaju receptorske funkcije membrane.

U životinjskim stanicama glikoproteini tvore supra-membranski kompleks - glikokaliks, debljine nekoliko desetaka nanometara. U njemu se događa izvanstanična probava, nalaze se mnogi stanični receptori, a uz njegovu pomoć očito dolazi do adhezije stanica.

Molekule proteina i lipida su pokretne i sposobne se kretati , uglavnom u ravnini membrane. Membrane su asimetrične , odnosno sastav lipida i proteina vanjske i unutarnje površine membrane je različit.

Debljina plazma membrane je u prosjeku 7,5 nm.

Jedna od glavnih funkcija membrane je transport, osiguravajući razmjenu tvari između stanice i vanjskog okoliša. Membrane imaju svojstvo selektivne propusnosti, odnosno za neke su tvari ili molekule dobro propusne, a za druge slabo (ili potpuno nepropusne). Propusnost membrana za različite tvari ovisi o svojstvima njihovih molekula (polaritet, veličina itd.) i o karakteristikama membrana (unutarnji dio lipidnog sloja je hidrofoban).

Postoje različiti mehanizmi prijenosa tvari kroz membranu (slika 281). Ovisno o potrebi korištenja energije za prijenos tvari, postoje:

© pasivni transport- transport tvari bez utroška energije;

© aktivni transport- transport koji troši energiju.

Pasivni transport temelji se na razlici u koncentracijama i nabojima. U pasivnom transportu tvari se uvijek kreću iz područja veće koncentracije u područje niže koncentracije, odnosno po koncentracijskom gradijentu. Ako je molekula nabijena, tada na njezin transport također utječe električni gradijent. Stoga ljudi često govore o elektrokemijskom gradijentu, kombinirajući oba gradijenta zajedno. Brzina transporta ovisi o veličini nagiba.

Postoje tri glavna mehanizma pasivnog transporta:

© Jednostavna difuzija- transport tvari izravno kroz lipidni dvosloj. Kroz njega lako prolaze plinovi, nepolarne ili male nenabijene polarne molekule. Što je molekula manja i što je više topljiva u mastima, to brže prodire kroz membranu. Zanimljivo je da voda, unatoč tome što je relativno netopiva u masti, vrlo brzo prodire kroz lipidni dvosloj. To se objašnjava činjenicom da je njegova molekula mala i električki neutralna. Difuzija vode kroz membrane naziva se osmozom.

© Olakšana difuzija- prijevoz tvari pomoću posebnih

transportne proteine, od kojih je svaki odgovoran za transport specifičnih molekula ili skupina srodnih molekula. Oni stupaju u interakciju s molekulom transportirane tvari i nekako je pokreću kroz membranu. Na taj se način u stanicu transportiraju šećeri, aminokiseline, nukleotidi i mnoge druge polarne molekule.

Potreba za aktivnim transportom javlja se kada je potrebno osigurati transport molekula kroz membranu protiv elektrokemijskog gradijenta. Taj transport obavljaju proteini nosači, čija aktivnost zahtijeva energiju. Izvor energije su molekule ATP-a.

Jedan od najviše proučavanih aktivnih transportnih sustava je natrij-kalijeva pumpa. Koncentracija K unutar stanice znatno je veća nego izvan nje, a Na - obrnuto. Stoga K pasivno difundira iz stanice kroz vodene pore membrane, a Na u stanicu. Istodobno, za normalno funkcioniranje stanice važno je održavati određeni omjer iona K i Na u citoplazmi i vanjskom okolišu. To je moguće jer membrana, zahvaljujući prisutnosti (Na + K) pumpe, aktivno pumpa Na iz stanice, a K u stanicu. Za rad (Na + K) pumpe troši se gotovo trećina sve energije potrebne za život stanice.

Pumpa je poseban transmembranski membranski protein sposoban za konformacijske promjene, zbog čega može vezati i ione K i Na. Radni ciklus (Na + K) pumpe sastoji se od nekoliko faza (Sl. 282):

© Na ioni i molekula ATP ulaze u protein pumpe s unutarnje strane membrane, a ioni K s vanjske;

© Na ioni se spajaju s proteinskom molekulom, a protein dobiva aktivnost ATPaze, odnosno stječe sposobnost izazivanja hidrolize ATP-a, praćenu oslobađanjem energije koja pokreće pumpu;

© fosfat koji se oslobađa tijekom hidrolize ATP veže se za protein, odnosno dolazi do fosforilacije proteina;

© fosforilacija uzrokuje konformacijske promjene u proteinu, on postaje nesposoban zadržati ione Na - oni se oslobađaju i napuštaju stanicu;

© nova konformacija proteina je takva da postaje moguće vezati ione K na njega;

© dodavanje iona K uzrokuje defosforilaciju proteina, uslijed čega on ponovno mijenja svoju konformaciju;

© promjena konformacije proteina dovodi do oslobađanja iona K unutar stanice;

© sada je protein ponovno spreman vezati ione Na na sebe.

U jednom ciklusu rada crpka ispumpava 3 iona Na iz stanice i pumpa 2 iona K. Ova razlika u broju prenesenih iona je posljedica činjenice da je propusnost membrane za ione K veća nego za Na ioni. Prema tome, K pasivno difundira iz stanice brže nego Na u stanicu.

© pinocitoza je proces hvatanja i upijanja kapljica tekućine s tvarima otopljenim u njoj.

Egzocitoza- proces eliminacije razne tvari iz ćelije. Tijekom egzocitoze, membrana vezikule (ili vakuole), nakon kontakta s vanjskom citoplazmatskom membranom, spaja se s njom. Sadržaj vezikule se uklanja izvan rupe, a njegova membrana je uključena u vanjsku citoplazmatsku membranu.

Velika većina organizama koji žive na Zemlji sastoji se od stanica koje su uvelike slične po svom kemijskom sastavu, strukturi i vitalnim funkcijama. Metabolizam i pretvorba energije odvijaju se u svakoj stanici. Dioba stanica je temelj procesa rasta i razmnožavanja organizama. Dakle, stanica je jedinica građe, razvoja i razmnožavanja organizama.

Stanica može postojati samo kao cjelovit sustav, nedjeljiv na dijelove. Integritet stanice osiguravaju biološke membrane. Stanica je element sustava višeg ranga – organizma. Dijelovi i organele stanice, koji se sastoje od složenih molekula, su kompletni sustavi niži rang.

Ćelija - otvoreni sustav, povezan s okolišem, metabolizmom i energijom. To je funkcionalni sustav u kojem svaka molekula obavlja specifične funkcije. Stanica ima stabilnost, sposobnost samoregulacije i samoreprodukcije.

Stanica je samoupravni sustav. Kontrolni genetski sustav stanice predstavljen je složenim makromolekulama - nukleinske kiseline(DNA i RNA).

Godine 1838.-1839 Njemački biolozi M. Schleiden i T. Schwann saželi su spoznaje o stanici i formulirali glavno stajalište stanične teorije, čija je bit da se svi organizmi, i biljni i životinjski, sastoje od stanica.

Godine 1859. R. Virchow opisao je proces diobe stanica i formulirao jednu od najvažnijih odredbi stanične teorije: "Svaka stanica dolazi iz druge stanice." Nove stanice nastaju kao rezultat diobe matične stanice, a ne iz nestanične tvari, kako se dosad mislilo.

Otkriće jaja sisavaca od strane ruskog znanstvenika K. Baera 1826. dovelo je do zaključka da je stanica u osnovi razvoja višestaničnih organizama.

Moderna stanična teorija uključuje sljedeće odredbe:

1) stanica - jedinica strukture i razvoja svih organizama;

2) stanice organizama iz različitih kraljevstava žive prirode slične su po građi, kemijskom sastavu, metabolizmu i osnovnim manifestacijama životne aktivnosti;

3) nove stanice nastaju kao rezultat diobe matične stanice;

4) u višestaničnom organizmu stanice tvore tkiva;

5) organi se sastoje od tkiva.

Uz uvod u biologiju suvremenih bioloških, fizikalnih i kemijske metode Istraživanja su omogućila proučavanje strukture i funkcioniranja različitih komponenti stanice. Jedna od metoda za proučavanje stanica je mikroskopija. Moderni svjetlosni mikroskop povećava objekte 3000 puta i omogućuje vam da vidite najveće stanične organele, promatrate kretanje citoplazme i diobu stanica.

Izumljen u 40-ima. XX. stoljeća Elektronski mikroskop daje povećanje od desetaka i stotina tisuća puta. Elektronski mikroskop umjesto svjetlosti koristi struju elektrona, a umjesto leća - elektromagnetska polja. Stoga elektronski mikroskop daje jasne slike pri mnogo većim uvećanjima. Pomoću takvog mikroskopa bilo je moguće proučavati strukturu staničnih organela.

Metodom se proučava struktura i sastav staničnih organela centrifugiranje. Usitnjena tkiva s uništenim staničnim membranama stavljaju se u epruvete i vrte u centrifugi velikom brzinom. Metoda se temelji na činjenici da različiti stanični organoidi imaju različitu masu i gustoću. Gušće organele talože se u epruveti pri niskim brzinama centrifugiranja, manje gušće - pri velikim brzinama. Ovi se slojevi proučavaju zasebno.

Široko upotrebljavan metoda kulture stanica i tkiva, koji se sastoji u tome da se iz jedne ili više stanica na posebnoj hranjivoj podlozi može dobiti skupina iste vrste životinjskih ili biljnih stanica pa čak i uzgojiti cijela biljka. Pomoću ove metode možete dobiti odgovor na pitanje kako iz jedne stanice nastaju različita tkiva i organi u tijelu.

Osnovna načela stanične teorije prvi su formulirali M. Schleiden i T. Schwann. Stanica je jedinica strukture, vitalne aktivnosti, reprodukcije i razvoja svih živih organizama. Za proučavanje stanica koriste se metode mikroskopije, centrifugiranja, kultura stanica i tkiva itd.

Stanice gljiva, biljaka i životinja imaju mnogo toga zajedničkog ne samo u kemijskom sastavu, već iu strukturi. Kada se stanica pregleda pod mikroskopom, u njoj su vidljive različite strukture - organoidi. Svaki organel obavlja specifične funkcije. U stanici postoje tri glavna dijela: plazma membrana, jezgra i citoplazma (slika 1).

plazma membrana odvaja stanicu i njezin sadržaj od okoline. Na slici 2 vidite: membranu čine dva sloja lipida, a proteinske molekule prodiru kroz debljinu membrane.

Glavna funkcija plazma membrane prijevoz. Osigurava dotok hranjivih tvari u stanicu i uklanjanje produkata metabolizma iz nje.

Važno svojstvo membrane je selektivna propusnost, ili polupropusnost, omogućuje stanici interakciju s okolinom: samo određene tvari ulaze i uklanjaju se iz nje. Male molekule vode i nekih drugih tvari prodiru u stanicu difuzijom, dijelom kroz pore u membrani.

Šećeri, organske kiseline i soli otopljeni su u citoplazmi, staničnom soku vakuola biljne stanice. Štoviše, njihova koncentracija u stanici mnogo je veća nego u okolišu. Što je veća koncentracija tih tvari u stanici, to ona apsorbira više vode. Poznato je da stanica stalno troši vodu, zbog čega se povećava koncentracija staničnog soka i voda ponovno ulazi u stanicu.

Ulazak većih molekula (glukoza, aminokiseline) u stanicu osiguravaju membranski transportni proteini koji ih, spajajući se s molekulama transportiranih tvari, prenose kroz membranu. Ovaj proces uključuje enzime koji razgrađuju ATP.

Slika 1. Generalizirani dijagram strukture eukariotske stanice.
(za povećanje slike kliknite na sliku)

Slika 2. Građa plazma membrane.
1 - piercing proteini, 2 - potopljeni proteini, 3 - vanjski proteini

Slika 3. Dijagram pinocitoze i fagocitoze.

Čak i veće molekule proteina i polisaharida ulaze u stanicu fagocitozom (od grč. fagosi- proždiranje i kitos- posuda, stanica), i kapi tekućine - pinocitozom (od grč. pinot- Pijem i kitos) (Slika 3).

Životinjske stanice, za razliku od biljnih, okružene su mekim i fleksibilnim "kaputom" koji uglavnom čine polisaharidne molekule, koje, spajajući neke membranske proteine ​​i lipide, okružuju stanicu izvana. Sastav polisaharida specifičan je za različita tkiva, zbog čega se stanice međusobno “prepoznaju” i povezuju.

Biljne stanice nemaju takav "kaput". Iznad sebe imaju plazma membranu prožetu porama. stanična membrana, koji se pretežno sastoji od celuloze. Kroz pore se niti citoplazme protežu od stanice do stanice povezujući stanice jedne s drugima. Tako se ostvaruje komunikacija među stanicama i postiže cjelovitost tijela.

Stanična membrana kod biljaka ima ulogu čvrstog kostura i štiti stanicu od oštećenja.

Većina bakterija i sve gljive imaju staničnu membranu, samo je njezin kemijski sastav različit. Kod gljiva se sastoji od tvari slične hitinu.

Stanice gljiva, biljaka i životinja imaju sličnu strukturu. Stanica ima tri glavna dijela: jezgru, citoplazmu i plazma membranu. Plazma membrana se sastoji od lipida i proteina. Osigurava ulazak tvari u stanicu i njihovo oslobađanje iz stanice. U stanicama biljaka, gljiva i većine bakterija postoji stanična membrana iznad plazma membrane. Obavlja zaštitnu funkciju i igra ulogu kostura. Kod biljaka se stanična stijenka sastoji od celuloze, a kod gljiva od tvari slične hitinu. Životinjske stanice prekrivene su polisaharidima koji osiguravaju kontakt između stanica istog tkiva.

Znate li da je glavni dio ćelije citoplazma. Sastoji se od vode, aminokiselina, proteina, ugljikohidrata, ATP-a i iona anorganskih tvari. Citoplazma sadrži jezgru i organele stanice. U njemu se tvari kreću iz jednog dijela stanice u drugi. Citoplazma osigurava međudjelovanje svih organela. Ovdje se odvijaju kemijske reakcije.

Cijela citoplazma prožeta je tankim proteinskim mikrotubulima koji nastaju stanični citoskelet, zahvaljujući čemu održava konstantan oblik. Stanični citoskelet je fleksibilan, jer mikrotubule mogu mijenjati svoj položaj, pomicati se s jednog kraja i skraćivati ​​s drugog. Ulaze u ćeliju različite tvari. Što se s njima događa u kavezu?

U lizosomima - malim okruglim membranskim mjehurićima (vidi sliku 1) molekule složenih organskih tvari razgrađuju se na jednostavnije molekule uz pomoć hidrolitičkih enzima. Na primjer, proteini se razgrađuju na aminokiseline, polisaharidi na monosaharide, masti na glicirin i masne kiseline. Zbog ove funkcije, lizosomi se često nazivaju "probavnim stanicama" stanice.

Ako je membrana lizosoma uništena, enzimi sadržani u njima mogu probaviti samu stanicu. Stoga se lizosomi ponekad nazivaju "oružjem za ubijanje stanica".

Enzimska oksidacija malih molekula aminokiselina, monosaharida nastalih u lizosomima, masne kiseline i alkohola u ugljik, kiseli plin i vodu počinje u citoplazmi i završava u drugim organelama - mitohondrije. Mitohondriji su štapićasti, končasti ili sferični organeli, odvojeni od citoplazme dvjema membranama (slika 4). Vanjska membrana je glatka, a unutarnja formira nabore - cristas, koji povećavaju njegovu površinu. Unutarnja membrana sadrži enzime koji sudjeluju u oksidaciji organskih tvari u ugljični dioksid i vodu. Time se oslobađa energija koju stanica pohranjuje u molekulama ATP-a. Stoga se mitohondriji nazivaju "elektranama" stanice.

U stanici se organske tvari ne samo oksidiraju, već i sintetiziraju. Sinteza lipida i ugljikohidrata provodi se na endoplazmatskom retikulumu - EPS (slika 5), ​​a proteina - na ribosomima. Što je EPS? Ovo je sustav tubula i cisterni, čiji su zidovi oblikovani membranom. Prožimaju cijelu citoplazmu. Tvari se kreću kroz ER kanale u različite dijelove stanice.

Postoji glatki i hrapavi EPS. Na površini glatkog ER sintetiziraju se ugljikohidrati i lipidi uz sudjelovanje enzima. Hrapavost ER-u daju mala okrugla tijela koja se nalaze na njemu - ribosomi(vidi sliku 1), koji su uključeni u sintezu proteina.

Sinteza organskih tvari također se događa u plastide, koji se nalaze samo u biljnim stanicama.

Riža. 4. Shema strukture mitohondrija.
1.- vanjska membrana; 2.- unutarnja membrana; 3.- nabori unutarnje membrane – kriste.

Riža. 5. Shema strukture grubog EPS-a.

Riža. 6. Dijagram građe kloroplasta.
1.- vanjska membrana; 2.- unutarnja membrana; 3.- unutarnji sadržaj kloroplasta; 4.- nabori unutarnje membrane, sakupljeni u “hrpe” i tvore granu.

U bezbojnim plastidima - leukoplasti(od grčkog leukos- bijela i plastos- stvoren) nakuplja se škrob. Gomolji krumpira vrlo su bogati leukoplastima. Žuta, narančasta i crvena boja daju se voću i cvijeću. kromoplasti(od grčkog krom- boja i plastos). Oni sintetiziraju pigmente uključene u fotosintezu - karotenoidi. U biljnom životu to je posebno važno kloroplasti(od grčkog kloros- zelenkasto i plastos) - zeleni plastidi. Na slici 6 vidite da su kloroplasti prekriveni s dvije membrane: vanjskom i unutarnjom. Unutarnja membrana tvori nabore; između nabora nalaze se mjehurići raspoređeni u hrpe - žitarica. Grane sadrže molekule klorofila, koje su uključene u fotosintezu. Svaki kloroplast ima oko 50 zrnaca raspoređenih u šahovskom uzorku. Ovakav raspored osigurava maksimalno osvjetljenje svakog lica.

U citoplazmi se proteini, lipidi i ugljikohidrati mogu nakupljati u obliku zrnaca, kristala i kapljica. ove uključenje, Ubrajanje- rezervne hranjive tvari koje stanica troši prema potrebi.

U biljnim stanicama dio rezervnih hranjivih tvari, kao i produkti razgradnje, nakupljaju se u staničnim sokovima vakuola (vidi sliku 1). Oni mogu činiti i do 90% volumena biljne stanice. Životinjske stanice imaju privremene vakuole koje ne zauzimaju više od 5% njihovog volumena.

Riža. 7. Shema strukture Golgijevog kompleksa.

Na slici 7 vidite sustav šupljina okruženih membranom. Ovaj Golgijev kompleks, koji obavlja različite funkcije u stanici: sudjeluje u nakupljanju i transportu tvari, njihovom uklanjanju iz stanice, stvaranju lizosoma i stanične membrane. Na primjer, molekule celuloze ulaze u šupljinu Golgijevog kompleksa, koji se pomoću vezikula pomiču na površinu stanice i uključeni su u staničnu membranu.

Većina stanica razmnožava se diobom. Sudjelujući u ovom procesu stanično središte. Sastoji se od dva centriola okružena gustom citoplazmom (vidi sliku 1). Na početku diobe centrioli se kreću prema polovima stanice. Iz njih izlaze proteinske niti koje se povezuju s kromosomima i osiguravaju njihovu ravnomjernu raspodjelu između dviju stanica kćeri.

Sve stanične organele međusobno su usko povezane. Na primjer, proteinske molekule se sintetiziraju u ribosomima i prenose se kroz ER kanale do različite dijelove stanicama, a u lizosomima se uništavaju proteini. Novosintetizirane molekule koriste se za izgradnju staničnih struktura ili se nakupljaju u citoplazmi i vakuolama kao rezervne hranjive tvari.

Stanica je ispunjena citoplazmom. Citoplazma sadrži jezgru i različite organele: lizosome, mitohondrije, plastide, vakuole, ER, stanično središte, Golgijev kompleks. Razlikuju se po strukturi i funkcijama. Sve organele citoplazme međusobno djeluju, osiguravajući normalno funkcioniranje stanice.

Tablica 1. STANIČNA STRUKTURA

Najvažniju ulogu u životnoj aktivnosti i diobi stanica gljiva, biljaka i životinja ima jezgra i u njoj smješteni kromosomi. Većina stanica ovih organizama ima jednu jezgru, ali postoje i višejezgrene stanice, poput mišićnih stanica. Jezgra se nalazi u citoplazmi i ima okrugli ili ovalni oblik. Prekriven je ljuskom koja se sastoji od dvije membrane. Jezgrina ovojnica ima pore kroz koje se odvija izmjena tvari između jezgre i citoplazme. Jezgra je ispunjena jezgrinim sokom, u kojem se nalaze nukleoli i kromosomi.

Jezgrice- to su “radionice za proizvodnju” ribosoma, koji nastaju iz ribosomske RNA proizvedene u jezgri i proteina sintetiziranih u citoplazmi.

Glavna funkcija jezgre - pohranjivanje i prijenos nasljednih informacija - povezana je s kromosoma. Svaka vrsta organizma ima svoj set kromosoma: određeni broj, oblik i veličinu.

Sve stanice u tijelu, osim spolnih stanica, nazivaju se somatski(od grčkog soma- tijelo). Stanice organizma iste vrste sadrže isti skup kromosoma. Na primjer, kod ljudi svaka stanica tijela sadrži 46 kromosoma, kod voćne mušice Drosophila - 8 kromosoma.

Somatske stanice, u pravilu, imaju dvostruki set kromosoma. To se zove diploidan i označava se sa 2 n. Dakle, osoba ima 23 para kromosoma, odnosno 2 n= 46. Spolne stanice sadrže upola manje kromosoma. Je li samac ili haploidan, komplet. Osoba ima 1 n = 23.

Svi su kromosomi u somatskim stanicama, za razliku od kromosoma u spolnim stanicama, upareni. Kromosomi koji čine jedan par međusobno su identični. Upareni kromosomi nazivaju se homologni. Kromosomi koji pripadaju različiti parovi a razlikuju se po obliku i veličini, tzv nehomologni(slika 8).

Kod nekih vrsta broj kromosoma može biti isti. Na primjer, crvena djetelina i grašak imaju 2 n= 14. Međutim, njihovi se kromosomi razlikuju po obliku, veličini i nukleotidnom sastavu molekula DNA.

Riža. 8. Sklop kromosoma u stanicama Drosophile.

Riža. 9. Građa kromosoma.

Za razumijevanje uloge kromosoma u prijenosu nasljednih informacija potrebno je upoznati njihovu strukturu i kemijski sastav.

Kromosomi stanice koja se ne dijeli izgledaju poput dugih, tankih niti. Prije stanične diobe svaki se kromosom sastoji od dvije identične niti - kromatid, koji su povezani između strukova struka - (slika 9).

Kromosomi se sastoje od DNK i proteina. Budući da se nukleotidni sastav DNA razlikuje među različiti tipovi, sastav kromosoma je jedinstven za svaku vrstu.

Svaka stanica, osim bakterijske, ima jezgru u kojoj se nalaze jezgrice i kromosomi. Svaku vrstu karakterizira određeni skup kromosoma: broj, oblik i veličina. U somatskim stanicama većine organizama skup kromosoma je diploidan, u spolnim stanicama je haploidan. Upareni kromosomi nazivaju se homologni. Kromosomi se sastoje od DNK i proteina. Molekule DNA osiguravaju pohranjivanje i prijenos nasljednih informacija od stanice do stanice i od organizma do organizma.

Nakon što ste obradili ove teme, trebali biste moći:

1. Objasnite u kojim slučajevima treba koristiti svjetlosni mikroskop (struktura) ili transmisijski elektronski mikroskop.
2. Opišite građu stanične membrane i objasnite odnos između građe membrane i njezine sposobnosti izmjene tvari između stanice i njezine okoline.
3. Definirajte procese: difuziju, olakšanu difuziju, aktivni transport, endocitozu, egzocitozu i osmozu. Navedite razlike između ovih procesa.
4. Imenujte funkcije struktura i označite u kojim se stanicama (biljnoj, životinjskoj ili prokariotskoj) nalaze: jezgra, jezgrina membrana, nukleoplazma, kromosomi, plazma membrana, ribosom, mitohondrij, stanična stijenka, kloroplast, vakuola, lizosom, glatki endoplazmatski retikulum. (agranularni) i hrapavi (granularni), stanično središte, Golgijev aparat, cilija, flagelum, mezosoma, pili ili fimbrije.
5. Navedi barem tri znaka po kojima se biljna stanica može razlikovati od životinjske.
6. Navedite najvažnije razlike između prokariotskih i eukariotskih stanica.

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Opća biologija". Moskva, "Prosvjetljenje", 2000

• Tema 1. "Plazma membrana." §1, §8 str. 5;20
• Tema 2. "Kavez". § 8-10 str. 20-30
• Tema 3. "Prokariotska stanica. Virusi." §11 str. 31-34

Citoplazma- obvezni dio stanice, zatvoren između plazma membrane i jezgre; dijeli se na hijaloplazmu (glavnu tvar citoplazme), organele (stalne komponente citoplazme) i inkluzije (privremene komponente citoplazme). Kemijski sastav citoplazme: osnovu čini voda (60-90% ukupne mase citoplazme), različiti organski i anorganski spojevi. Citoplazma ima alkalnu reakciju. Značajka citoplazma eukariotske stanice - stalno kretanje ( cikloza). Otkriva se prvenstveno kretanjem staničnih organela, poput kloroplasta. Prestankom kretanja citoplazme stanica umire, budući da jedino stalnim kretanjem može obavljati svoje funkcije.

hijaloplazma ( citosol) je bezbojna, sluzava, gusta i prozirna koloidna otopina. U njemu se odvijaju svi metabolički procesi, osigurava međusobnu povezanost jezgre i svih organela. Ovisno o prevladavanju tekućeg dijela ili velikih molekula u hijaloplazmi, razlikuju se dva oblika hijaloplazme: sol- tečnija hijaloplazma i gel- deblja hijaloplazma. Među njima su mogući međusobni prijelazi: gel prelazi u sol i obrnuto.

Funkcije citoplazme:

1. spajanje svih komponenti stanice u jedan sustav,
2. okruženje za odvijanje mnogih biokemijskih i fizioloških procesa,
3. okruženje za postojanje i funkcioniranje organela.

Stanične membrane

Stanične membrane ograničavaju eukariotske stanice. U svakoj staničnoj membrani mogu se razlikovati najmanje dva sloja. Unutarnji sloj uz citoplazmu i zastupljena plazma membrana(sinonimi - plazmalema, stanična membrana, citoplazmatska membrana), preko koje se formira vanjski sloj. U životinjskoj stanici je tanka i zove se glikokaliks(tvore ga glikoproteini, glikolipidi, lipoproteini), u biljnoj stanici - debeli, zv. stanične stijenke(nastaje od celuloze).

Sve biološke membrane imaju zajedničke strukturne značajke i svojstva. Trenutno je općeprihvaćeno fluidni mozaični model strukture membrane. Osnova membrane je lipidni dvosloj sastavljen uglavnom od fosfolipida. Fosfolipidi su trigliceridi u kojima je jedan ostatak masne kiseline zamijenjen ostatkom fosforne kiseline; dio molekule koji sadrži ostatke fosforne kiseline naziva se hidrofilna glava, dijelovi koji sadrže ostatke masne kiseline nazivaju se hidrofobni repovi. U membrani su fosfolipidi raspoređeni na strogo uređen način: hidrofobni repovi molekula okrenuti su jedni prema drugima, a hidrofilne glave prema van, prema vodi.

Osim lipida, membrana sadrži proteine ​​(u prosjeku ≈ 60%). One određuju većinu specifičnih funkcija membrane (transport određenih molekula, kataliza reakcija, primanje i pretvaranje signala iz okoline itd.). Postoje: 1) perifernih proteina(nalaze se na vanjskoj ili unutarnjoj površini lipidnog dvosloja), 2) poluintegralni proteini(uronjen u lipidni dvosloj na različite dubine), 3) integralni ili transmembranski proteini(probijaju membranu, dolazeći u kontakt s vanjskim i unutarnjim okolišem stanice). Integralni proteini se u nekim slučajevima nazivaju kanalotvorni ili kanalni proteini, budući da se mogu smatrati hidrofilnim kanalima kroz koje polarne molekule prolaze u stanicu (lipidna komponenta membrane ih ne propušta).

A - hidrofilna fosfolipidna glava; B - hidrofobni fosfolipidni repovi; 1 - hidrofobne regije proteina E i F; 2 — hidrofilna područja proteina F; 3 - razgranati oligosaharidni lanac vezan za lipid u molekuli glikolipida (glikolipidi su rjeđi od glikoproteina); 4 - razgranati oligosaharidni lanac vezan za protein u molekuli glikoproteina; 5 - hidrofilni kanal (funkcionira kao pora kroz koju mogu proći ioni i neke polarne molekule).

Membrana može sadržavati ugljikohidrate (do 10%). Ugljikohidratnu komponentu membrana predstavljaju oligosaharidni ili polisaharidni lanci povezani s proteinskim molekulama (glikoproteini) ili lipidi (glikolipidi). Ugljikohidrati su uglavnom smješteni na vanjskoj površini membrane. Ugljikohidrati osiguravaju receptorske funkcije membrane. U životinjskim stanicama glikoproteini tvore nadmembranski kompleks, glikokaliks, koji je debeo nekoliko desetaka nanometara. Sadrži mnogo staničnih receptora, a uz njegovu pomoć dolazi do adhezije stanica.

Molekule proteina, ugljikohidrata i lipida su pokretne, sposobne za kretanje u ravnini membrane. Debljina plazma membrane je približno 7,5 nm.

Funkcije membrana

Membrane obavljaju sljedeće funkcije:

1. odvajanje staničnog sadržaja od vanjske sredine,
2. regulacija metabolizma između stanice i okoliša,
3. dijeljenje ćelije u odjeljke („odjeljke“),
4. mjesto lokalizacije "enzimskih transportera",
5. osiguravanje komunikacije između stanica u tkivima višestaničnih organizama (adhezija),
6. prepoznavanje signala.

Najvažniji svojstvo membrane— selektivna propusnost, tj. membrane su visoko propusne za neke tvari ili molekule, a slabo propusne (ili potpuno nepropusne) za druge. Ovo svojstvo je temelj regulatorne funkcije membrana, osiguravajući razmjenu tvari između stanice i vanjskog okruženja. Proces prolaska tvari kroz staničnu membranu naziva se transport tvari. Postoje: 1) pasivni transport- proces prolaska tvari bez utroška energije; 2) aktivni transport- proces prolaska tvari koji se javlja uz utrošak energije.

Na pasivni transport tvari prelaze iz područja veće koncentracije u područje niže, tj. duž gradijenta koncentracije. U svakoj otopini postoje molekule otapala i otopljene tvari. Proces kretanja molekula otopljene tvari naziva se difuzija, a kretanje molekula otapala osmoza. Ako je molekula nabijena, tada na njezin transport također utječe električni gradijent. Stoga ljudi često govore o elektrokemijskom gradijentu, kombinirajući oba gradijenta zajedno. Brzina transporta ovisi o veličini nagiba.

Mogu se razlikovati sljedeće vrste pasivnog transporta: 1) jednostavna difuzija- prijenos tvari izravno kroz lipidni dvosloj (kisik, ugljični dioksid); 2) difuziju kroz membranske kanale— transport kroz proteine ​​koji stvaraju kanale (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) olakšana difuzija- transport tvari pomoću posebnih transportnih proteina, od kojih je svaki odgovoran za kretanje određenih molekula ili skupina srodnih molekula (glukoza, aminokiseline, nukleotidi); 4) osmoza— transport molekula vode (u svim biološkim sustavima otapalo je voda).

Nužnost aktivni transport događa se kada je potrebno osigurati transport molekula kroz membranu protiv elektrokemijskog gradijenta. Ovaj transport provode posebni proteini nosači, čija aktivnost zahtijeva utrošak energije. Izvor energije su molekule ATP-a. Aktivni transport uključuje: 1) Na + /K + pumpu (natrij-kalijeva pumpa), 2) endocitozu, 3) egzocitozu.

Rad Na + /K + pumpe. Za normalno funkcioniranje stanica mora održavati određeni omjer iona K + i Na + u citoplazmi iu vanjskom okruženju. Koncentracija K + unutar stanice trebala bi biti znatno veća nego izvan nje, a Na + - obrnuto. Treba napomenuti da Na + i K + mogu slobodno difundirati kroz pore membrane. Na + /K + pumpa djeluje protiv izjednačavanja koncentracija tih iona i aktivno pumpa Na + iz stanice, a K + u stanicu. Na + /K + pumpa je transmembranski protein sposoban za konformacijske promjene, zbog čega može vezati i K + i Na +. Ciklus pumpe Na + /K + može se podijeliti u sljedeće faze: 1) dodavanje Na + iz unutrašnjosti membrane, 2) fosforilacija proteina pumpe, 3) otpuštanje Na + u izvanstanični prostor, 4) dodavanje K + s vanjske strane membrane, 5) defosforilacija proteina pumpe, 6) oslobađanje K + u unutarstaničnom prostoru. Gotovo trećina sve energije potrebne za rad stanice troši se na rad natrij-kalijeve pumpe. U jednom ciklusu rada crpka ispumpava 3Na+ iz ćelije i pumpa 2K+.

Endocitoza- proces apsorpcije velikih čestica i makromolekula od strane stanice. Postoje dvije vrste endocitoze: 1) fagocitoza- hvatanje i apsorpcija velikih čestica (stanica, dijelova stanica, makromolekula) i 2) pinocitoza- hvatanje i apsorpcija tekući materijal(otopina, koloidna otopina, suspenzija). Fenomen fagocitoze otkrio je I.I. Mečnikov 1882. Tijekom endocitoze, plazma membrana formira invaginaciju, njeni rubovi se stapaju, a strukture odvojene od citoplazme jednom membranom su upletene u citoplazmu. Mnoge protozoe i neki leukociti sposobni su za fagocitozu. Pinocitoza se opaža u epitelnim stanicama crijeva i u endotelu krvnih kapilara.

Egzocitoza- proces obrnut od endocitoze: uklanjanje raznih tvari iz stanice. Tijekom egzocitoze, membrana vezikule se spaja s vanjskom citoplazmatskom membranom, sadržaj vezikule se uklanja izvan stanice, a njena membrana je uključena u vanjsku citoplazmatsku membranu. Na taj način uklanjaju se hormoni iz stanica endokrinih žlijezda, a kod protozoa uklanjaju se neprobavljeni ostaci hrane.

Ići predavanja br.5„Stanična teorija. Vrste stanične organizacije"

Ići predavanja br.7“Eukariotska stanica: struktura i funkcije organela”