Stanična membrana je ultratanak film na površini stanice ili stanične organele, koji se sastoji od bimolekularnog sloja lipida s ugrađenim proteinima i polisaharidima.

Funkcije membrane:

• · Barijera - osigurava reguliran, selektivan, pasivan i aktivan metabolizam s okolinom. Na primjer, membrana peroksisoma štiti citoplazmu od peroksida koji su opasni za stanicu. Selektivna propusnost znači da propusnost membrane za različite atome ili molekule ovisi o njihovoj veličini, električno punjenje i kemijska svojstva. Selektivna propusnost osigurava odvajanje stanice i staničnih odjeljaka od okoline i opskrbu potrebnim tvarima.
• · Transport – kroz membranu se odvija transport tvari u stanicu i iz stanice. Transport kroz membrane osigurava: dostavu hranjivih tvari, uklanjanje krajnjih produkata metabolizma, sekreciju razne tvari, stvaranje ionskih gradijenata, održavanje optimalnog pH u stanici i koncentracije iona koji su potrebni za rad staničnih enzima. Čestice koje iz nekog razloga ne mogu prijeći fosfolipidni dvosloj (primjerice, zbog hidrofilnih svojstava, budući da je membrana iznutra hidrofobna i ne propušta hidrofilne tvari, ili zbog svoje velike veličine), ali su potrebne stanici , mogu prodrijeti kroz membranu preko posebnih proteina nosača (transportera) i proteina kanala ili endocitozom. U pasivnom transportu, tvari difuzijom prelaze lipidni dvosloj bez utroška energije duž koncentracijskog gradijenta. Varijanta ovog mehanizma je olakšana difuzija, u kojoj određena molekula pomaže tvari da prođe kroz membranu. Ova molekula može imati kanal koji dopušta prolaz samo jednoj vrsti tvari. Aktivni transport zahtijeva energiju jer se odvija protiv koncentracijskog gradijenta. Na membrani postoje posebni proteini pumpe, uključujući ATPazu, koja aktivno pumpa ione kalija (K +) u stanicu i pumpa ione natrija (Na +) iz nje.
• · matrica - osigurava određeni relativni položaj i orijentaciju membranskih proteina, njihovu optimalnu interakciju.
• Mehanički - osigurava autonomiju stanice, njezine unutarstanične strukture, kao i povezanost s drugim stanicama (u tkivima). Važnu ulogu u osiguravanju mehaničke funkcije imaju stanične stijenke, a kod životinja međustanična tvar.
• energija - tijekom fotosinteze u kloroplastima i staničnog disanja u mitohondrijima u njihovim membranama djeluju sustavi prijenosa energije u kojima sudjeluju i proteini;
• Receptor - neki proteini smješteni u membrani su receptori (molekule pomoću kojih stanica percipira određene signale). Na primjer, hormoni koji cirkuliraju u krvi djeluju samo na ciljne stanice koje imaju receptore koji odgovaraju tim hormonima. Neurotransmiteri ( kemijske tvari, koji osiguravaju provođenje živčanih impulsa) također se vežu na specifične receptorske proteine ​​ciljnih stanica.
• Enzimski – membranski proteini često su enzimi. Na primjer, plazma membrane crijevnih epitelnih stanica sadrže probavne enzime.
• · Provedba generiranja i provođenja biopotencijala. Uz pomoć membrane održava se stalna koncentracija iona u stanici: koncentracija iona K + unutar stanice mnogo je veća nego izvana, a koncentracija Na + znatno niža, što je vrlo važno, jer ovo održava razliku potencijala preko membrane i stvara živčani impuls.
• Označavanje stanice – na membrani se nalaze antigeni koji djeluju kao markeri – „tagovi“ koji omogućuju prepoznavanje stanice. To su glikoproteini (odnosno proteini na koje su pričvršćeni razgranati oligosaharidni bočni lanci) koji imaju ulogu "antena". Zbog mnoštva konfiguracija bočnog lanca, moguće je izraditi specifičan marker za svaki tip stanice. Uz pomoć markera, stanice mogu prepoznati druge stanice i djelovati usklađeno s njima, na primjer, pri formiranju organa i tkiva. Ovo također dopušta imunološki sustav prepoznati strane antigene.

Neke proteinske molekule slobodno difundiraju u ravnini lipidnog sloja; u normalnom stanju dijelovi proteinskih molekula koji izlaze na suprotnim stranama stanične membrane ne mijenjaju svoj položaj.

Specifična morfologija staničnih membrana određuje njihovu električne karakteristike, među kojima su najvažniji kapacitet i vodljivost.

Svojstva kapacitivnosti uglavnom su određena fosfolipidnim dvoslojem, koji je nepropustan za hidratizirane ione, au isto vrijeme dovoljno tanak (oko 5 nm) da omogući učinkovito odvajanje i akumulaciju naboja, te elektrostatsku interakciju kationa i aniona. Osim toga, kapacitivna svojstva staničnih membrana jedan su od razloga koji određuju vremenske karakteristike električnih procesa koji se odvijaju na staničnim membranama.

Vodljivost (g) je recipročna vrijednost od električni otpor a jednak omjeru vrijednosti ukupne transmembranske struje za dati ion prema vrijednosti koja je uzrokovala njegovu transmembransku razliku potencijala.

Različite tvari mogu difundirati kroz fosfolipidni dvosloj, a stupanj propusnosti (P), tj. sposobnost stanične membrane da propušta te tvari, ovisi o razlici u koncentracijama difuzirajuće tvari s obje strane membrane, njezinoj topljivosti u lipidima i svojstvima stanične membrane. Brzina difuzije nabijenih iona u konstantnom polju u membrani određena je pokretljivošću iona, debljinom membrane i raspodjelom iona u membrani. Kod neelektrolita propusnost membrane ne utječe na njezinu vodljivost, budući da neelektroliti ne nose naboje, odnosno ne mogu provoditi električnu struju.

Vodljivost membrane je mjera njezine ionske propusnosti. Povećanje vodljivosti ukazuje na povećanje broja iona koji prolaze kroz membranu.

Važno svojstvo bioloških membrana je fluidnost. Sve su stanične membrane pokretne fluidne strukture: većina lipidnih i proteinskih molekula koje ih čine mogu se prilično brzo kretati u ravnini membrane.

Nikome nije tajna da su sva živa bića na našem planetu sastavljena od svojih stanica, tih bezbrojnih "" organskih tvari. Stanice su pak obavijene posebnom zaštitnom ovojnicom - membranom koja ima vrlo važnu ulogu u životu stanice, a funkcije stanične membrane nisu ograničene na zaštitu stanice, već predstavljaju složeni mehanizam uključeni u reprodukciju, prehranu, regeneraciju stanica.

Što je stanična membrana

Sama riječ "membrana" s latinskog se prevodi kao "film", iako membrana nije samo vrsta filma u koji je omotana stanica, već kombinacija dva filma koja su međusobno povezana i imaju različita svojstva. Zapravo, stanična membrana je troslojna lipoproteinska (masno-proteinska) ljuska koja odvaja svaku stanicu od susjednih stanica i okoline, te vrši kontroliranu razmjenu između stanica i okoline, to je akademska definicija stanice membrana je.

Vrijednost membrane je jednostavno ogromna, jer ona ne samo da odvaja jednu stanicu od druge, već također osigurava interakciju stanice, kako s drugim stanicama, tako i s okolinom.

Povijest istraživanja stanične membrane

Važan doprinos proučavanju stanične membrane dala su dva njemačka znanstvenika Gorter i Grendel još 1925. godine. Tada su uspjeli provesti složeni biološki eksperiment na crvenim krvnim stanicama - eritrocitima, tijekom kojeg su znanstvenici dobili takozvane "sjene", prazne ljuske eritrocita, koje su presavijali u jednu hrpu i mjerili površinu, a također izračunali količinu lipida u njima. Na temelju količine dobivenih lipida znanstvenici su došli do zaključka da su oni dovoljni taman za dvostruki sloj stanične membrane.

Godine 1935. još jedan par istraživača stanične membrane, ovaj put Amerikanci Daniel i Dawson, nakon niza dugih eksperimenata odredili su sadržaj proteina u staničnoj membrani. Inače je bilo nemoguće objasniti zašto membrana ima tako visoku površinsku napetost. Znanstvenici su domišljato predstavili model stanične membrane u obliku sendviča, u kojem ulogu kruha igraju homogeni lipidno-proteinski slojevi, a između njih je umjesto maslaca praznina.

Godine 1950., s pojavom elektronske teorije Daniela i Dawsona, već je bilo moguće potvrditi praktična zapažanja - na mikrofotografijama stanične membrane jasno su vidljivi slojevi lipidnih i proteinskih glava kao i prazan prostor između njih.

Godine 1960. američki biolog J. Robertson razvio je teoriju o troslojnoj strukturi staničnih membrana, koja se dugo vremena smatrala jedinom istinitom, no daljnjim razvojem znanosti počele su se javljati sumnje u njezinu nepogrešivost. Tako bi, primjerice, sa stajališta stanica bilo teško i naporno transportirati potrebne korisne tvari kroz cijeli "sendvič"

I tek 1972. američki biolozi S. Singer i G. Nicholson uspjeli su objasniti nedosljednosti Robertsonove teorije uz pomoć novog fluidno-mozaičnog modela stanične membrane. Konkretno, otkrili su da stanična membrana nije homogenog sastava, štoviše, asimetrična je i ispunjena tekućinom. Osim toga, stanice su u stalnom pokretu. A ozloglašeni proteini koji čine stanične membrane imaju različite strukture i funkcije.

Svojstva i funkcije stanične membrane

Sada pogledajmo koje funkcije obavlja stanična membrana:

Funkcija barijere stanične membrane - membrana, kao pravi granični stražar, čuva granice stanice, zadržava, ne propušta štetne ili jednostavno neprikladne molekule

Transportna funkcija stanične membrane - membrana nije samo granični stražar na vratima ćelije, već i svojevrsna carinska kontrolna točka, kroz nju stalno prolazi razmjena korisne tvari s drugim stanicama i okolinom.

Funkcija matrice - to je stanična membrana koja određuje položaj jedna u odnosu na drugu, regulira interakciju između njih.

Mehanička funkcija - odgovorna je za odvajanje jedne stanice od druge i paralelno za pravilno povezivanje stanica jedne s drugom, za njihovo formiranje u homogeno tkivo.

Zaštitna funkcija stanične membrane temelj je izgradnje zaštitnog štita stanice. U prirodi se ova funkcija može prikazati tvrdim drvetom, gustom kožom, zaštitnim omotačem, a sve zahvaljujući zaštitnoj funkciji membrane.

Enzimska funkcija je još jedna važna funkcija koju obavljaju neki stanični proteini. Na primjer, zbog ove funkcije, sinteza probavnih enzima javlja se u crijevnom epitelu.

Također, uz sve to, preko stanične membrane odvija se i stanični metabolizam koji se može odvijati kroz tri različite reakcije:

• Fagocitoza je stanična izmjena u kojoj fagocitne stanice ugrađene u membranu hvataju i probavljaju razne hranjivim tvarima.
• Pinocitoza - je proces hvatanja stanične membrane, molekule tekućine u kontaktu s njom. Da bi se to postiglo, na površini membrane formiraju se posebne vitice, koje kao da okružuju kap tekućine, tvoreći mjehurić, koji membrana kasnije "proguta".
• Egzocitoza je obrnuti proces kada stanica luči funkcionalnu sekretornu tekućinu kroz membranu na površinu.

Građa stanične membrane

Tri su klase lipida u staničnoj membrani:

• fosfolipidi (kombinacija su masti i fosfora),
• glikolipidi (kombinacija masti i ugljikohidrata),
• kolesterol.

Fosfolipidi i glikolipidi se pak sastoje od hidrofilne glave, u koju se protežu dva duga hidrofobna repa. Kolesterol, s druge strane, zauzima prostor između ovih repova, sprječava ih da se savijaju, a sve to u nekim slučajevima čini membranu pojedinih stanica vrlo krutom. Uz sve to, molekule kolesterola reguliraju strukturu stanične membrane.

No, kako god bilo, najvažniji dio strukture stanične membrane je protein, odnosno različiti proteini koji imaju različite važne uloge. Unatoč raznolikosti proteina sadržanih u membrani, postoji nešto što ih ujedinjuje - prstenasti lipidi nalaze se oko svih membranskih proteina. Prstenasti lipidi su posebne strukturirane masti koje služe kao neka vrsta zaštitne ljuske za proteine, bez kojih oni jednostavno ne bi funkcionirali.

Struktura stanične membrane ima tri sloja: osnovu stanične membrane čini homogeni tekući lipidni sloj. Proteini ga prekrivaju s obje strane poput mozaika. Proteini su ti koji, osim gore opisanih funkcija, također imaju ulogu osebujnih kanala kroz koje tvari prolaze kroz membranu koje ne mogu prodrijeti kroz tekući sloj membrane. Tu spadaju, na primjer, ioni kalija i natrija, za njihov prodor kroz membranu priroda osigurava posebne ionske kanale staničnih membrana. Drugim riječima, proteini osiguravaju propusnost staničnih membrana.

Promotrimo li staničnu membranu kroz mikroskop, vidjet ćemo sloj lipida kojeg tvore male kuglaste molekule na kojima kao na moru plutaju proteini. Sada znate koje su tvari dio stanične membrane.

Stanična membrana, video

I za kraj, edukativni video o staničnoj membrani.

9.5.1. Jedna od glavnih funkcija membrana je sudjelovanje u transportu tvari. Ovaj proces osiguravaju tri glavna mehanizma: jednostavna difuzija, olakšana difuzija i aktivni transport (Slika 9.10). Zapamtiti ključne značajke ovih mehanizama i primjere transportiranih tvari u svakom slučaju.

Slika 9.10. Mehanizmi transporta molekula kroz membranu

jednostavna difuzija- transport tvari kroz membranu bez sudjelovanja posebne aranžmane. Prijenos se odvija duž gradijenta koncentracije bez potrošnje energije. Male biomolekule - H2O, CO2, O2, urea, hidrofobne tvari niske molekulske mase prenose se jednostavnom difuzijom. Brzina jednostavne difuzije proporcionalna je koncentracijskom gradijentu.

Olakšana difuzija- prijenos tvari kroz membranu pomoću proteinskih kanala ili posebnih proteina nosača. Provodi se uz gradijent koncentracije bez utroška energije. Prenose se monosaharidi, aminokiseline, nukleotidi, glicerol, neki ioni. Karakteristična je kinetika zasićenja - pri određenoj (zasićenoj) koncentraciji prenesene tvari u prijenosu sudjeluju sve molekule nositelji i transportna brzina doseže graničnu vrijednost.

aktivni transport- također zahtijeva sudjelovanje posebnih proteina nosača, ali prijenos se odvija protiv koncentracijskog gradijenta i stoga zahtijeva energiju. Uz pomoć ovog mehanizma ioni Na+, K+, Ca2+, Mg2+ transportiraju se kroz staničnu membranu, a protoni kroz membranu mitohondrija. Aktivni transport tvari karakterizira kinetika zasićenja.

9.5.2. Primjer transportnog sustava koji obavlja aktivni transport iona je Na+,K+ -adenozin trifosfataza (Na+,K+ -ATPaza ili Na+,K+ -pumpa). Ovaj protein se nalazi u debljini plazma membrane i može katalizirati reakciju hidrolize ATP-a. Energija koja se oslobađa tijekom hidrolize 1 molekule ATP-a koristi se za prijenos 3 iona Na + iz stanice u izvanstanični prostor i 2 iona K + u suprotnom smjeru (slika 9.11). Kao rezultat djelovanja Na +, K + -ATPaze stvara se koncentracijska razlika između citosola stanice i izvanstanične tekućine. Budući da je transport iona neekvivalentan, javlja se razlika električni potencijali. Tako nastaje elektrokemijski potencijal koji je zbroj energije razlike električnih potencijala Δφ i energije razlike koncentracija tvari ΔS s obje strane membrane.

Slika 9.11. Shema Na+, K+ -pumpe.

9.5.3. Prijenos čestica i makromolekularnih spojeva kroz membrane

Uz prijenos organskih tvari i iona koji obavljaju prijenosnici, u stanici postoji vrlo poseban mehanizam namijenjen apsorbiranju i uklanjanju makromolekularnih spojeva iz stanice promjenom oblika biomembrane. Takav mehanizam se zove vezikularni transport.

Slika 9.12. Vrste vezikularnog transporta: 1 - endocitoza; 2 - egzocitoza.

Tijekom prijenosa makromolekula dolazi do uzastopnog stvaranja i spajanja vezikula (vezikula) okruženih membranom. Prema smjeru transporta i prirodi prenesenih tvari, razlikuju se sljedeći tipovi vezikularnog transporta:

Endocitoza(Slika 9.12, 1) - prijenos tvari u stanicu. Ovisno o veličini nastalih vezikula, postoje:

a) pinocitoza - apsorpcija tekućih i otopljenih makromolekula (proteini, polisaharidi, nukleinske kiseline) pomoću malih mjehurića (promjera 150 nm);

b) fagocitoza — apsorpcija velikih čestica, poput mikroorganizama ili staničnih ostataka. U tom slučaju nastaju velike vezikule, koje se nazivaju fagosomi promjera većeg od 250 nm.

Pinocitoza je karakteristična za većinu eukariotskih stanica, dok velike čestice apsorbiraju specijalizirane stanice – leukociti i makrofagi. U prvoj fazi endocitoze tvari ili čestice se adsorbiraju na površini membrane; taj se proces odvija bez potrošnje energije. U sljedećoj fazi, membrana s adsorbiranom tvari produbljuje se u citoplazmu; rezultirajuće lokalne invaginacije plazma membrane su isprepletene sa površine stanice, tvoreći vezikule, koje zatim migriraju u stanicu. Taj je proces povezan sustavom mikrofilamenata i energetski je ovisan. Vezikule i fagosomi koji ulaze u stanicu mogu se spojiti s lizosomima. Enzimi sadržani u lizosomima razgrađuju tvari sadržane u vezikulama i fagosomima na produkte niske molekularne težine (aminokiseline, monosaharide, nukleotide), koji se transportiraju u citosol, gdje ih stanica može iskoristiti.

Egzocitoza(Slika 9.12, 2) - prijenos čestica i velikih spojeva iz stanice. Ovaj proces, poput endocitoze, odvija se uz apsorpciju energije. Glavne vrste egzocitoze su:

a) lučenje - uklanjanje iz stanice spojeva topivih u vodi koji se koriste ili utječu na druge stanice tijela. Mogu ga provoditi i nespecijalizirane stanice i stanice endokrinih žlijezda, sluznice gastrointestinalni trakt, prilagođene za izlučivanje tvari koje proizvode (hormoni, neurotransmiteri, proenzimi) ovisno o specifičnim potrebama organizma.

Izlučeni proteini se sintetiziraju na ribosomima povezanim s membranama hrapavog endoplazmatskog retikuluma. Ti se proteini zatim transportiraju do Golgijevog aparata, gdje se modificiraju, koncentriraju, razvrstavaju i zatim pakiraju u vezikule, koje se cijepaju u citosol i potom stapaju s plazmatskom membranom tako da je sadržaj vezikula izvan stanice.

Za razliku od makromolekula, male izlučene čestice, poput protona, transportiraju se iz stanice pomoću olakšane difuzije i aktivnih transportnih mehanizama.

b) izlučivanje - uklanjanje iz stanice tvari koje se ne mogu iskoristiti (npr. uklanjanje retikularne tvari iz retikulocita tijekom eritropoeze, koja je agregirani ostatak organela). Mehanizam izlučivanja, očito, sastoji se u činjenici da su izlučene čestice u početku u citoplazmatskoj vezikuli, koja se zatim spaja s plazma membranom.

Velika većina organizama koji žive na Zemlji sastoji se od stanica koje su uvelike slične po svom kemijskom sastavu, strukturi i vitalnoj aktivnosti. U svakoj stanici odvija se metabolizam i pretvorba energije. 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 metabolizmom i energijom povezani s okolišem. Ovo je funkcionalni sustav u kojem svaka molekula obavlja određene 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, kako biljni tako 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 ruskog znanstvenika K. Baera 1826. godine jajašca sisavaca dovelo je do zaključka da je stanica u osnovi razvoja višestaničnih organizama.

Moderna stanična teorija uključuje sljedeće odredbe:

1) stanica je jedinica strukture i razvoja svih organizama;

2) stanice organizama iz različitih kraljevstava divljih životinja slične su u strukturi, kemijskom sastavu, metabolizmu i glavnim manifestacijama vitalne 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 istraživanje je omogućilo 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 organele stanice, promatrate kretanje citoplazme i diobu stanice.

Izumljen u 40-ima. 20. stoljeće Elektronski mikroskop daje povećanje od desetaka i stotina tisuća puta. U elektronskom mikroskopu umjesto svjetlosti koristi se struja elektrona, a umjesto leća elektromagnetska polja. Stoga elektronski mikroskop daje jasnu sliku pri mnogo većim uvećanjima. Uz pomoć 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 okreću u centrifugi velikom brzinom. Metoda se temelji na činjenici da različite stanične organele imaju različite mase i gustoće. Gušće organele talože se u epruveti pri niskim brzinama centrifugiranja, manje gusto - pri visokim. 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.

Glavne odredbe stanične teorije prvi su formulirali M. Schleiden i T. Schwann. Stanica je jedinica građe, života, razmnožavanja 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 se vide različite strukture - organele. 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 možete vidjeti: membranu čine dva sloja lipida, a proteinske molekule prodiru kroz debljinu membrane.

Glavna funkcija plazma membrane prijevoz. Osigurava opskrbu stanice hranjivim tvarima i uklanjanje metaboličkih produkata iz nje.

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

Šećeri, organske kiseline, soli otopljeni su u citoplazmi, staničnom soku vakuola biljnih stanica. Štoviše, njihova koncentracija u stanici mnogo je veća nego u okoliš. Što je veća koncentracija tih tvari u stanici, ona više apsorbira vodu. 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 transportni proteini membrane, koji spajajući se s molekulama transportiranih tvari, nose ih kroz membranu. U tom procesu sudjeluju enzimi koji razgrađuju ATP.

Slika 1. Generalizirana shema strukture eukariotske stanice.
(kliknite na sliku za povećanje slike)

Slika 2. Građa plazma membrane.
1 - piercing vjeverice, 2 - potopljene vjeverice, 3 - vanjske vjeverice

Slika 3. Shema 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- piti i kitos) (slika 3).

Životinjske stanice, za razliku od biljnih, obavijene su mekom i savitljivom "dlakom", koju čine uglavnom polisaharidne molekule, koje, pričvršćivanjem na 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 takvu "dundu". Imaju membranu ispunjenu porama iznad plazma membrane. stanične stijenke sastavljen pretežno od celuloze. Niti citoplazme protežu se od stanice do stanice kroz pore, povezujući stanice jedne s drugima. Tako se ostvaruje veza 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. U stanici postoje tri glavna dijela: jezgra, citoplazma i plazma membrana. 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 iznad plazma membrane nalazi se stanična membrana. Obavlja zaštitnu funkciju i igra ulogu kostura. Kod biljaka stanična stijenka sastoji se od celuloze, dok je kod gljiva građena od tvari slične hitinu. Životinjske stanice prekrivene su polisaharidima koji osiguravaju kontakt između stanica istog tkiva.

Znate li da je glavnina ćelije citoplazma. Sastoji se od vode, aminokiselina, proteina, ugljikohidrata, ATP-a, iona neorganskih 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 je prožeta tankim proteinskim mikrotubulima, stvarajući stanični citoskelet zbog čega zadržava svoj trajni oblik. Stanični citoskelet je fleksibilan, jer mikrotubule mogu mijenjati svoj položaj, pomicati se s jednog kraja i skraćivati ​​s drugog. U stanicu ulaze razne tvari. Što se s njima događa u kavezu?

U lizosomima - malim zaobljenim 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 glicerol i masne kiseline. Zbog ove funkcije, lizosomi se često nazivaju "probavnim stanicama" stanice.

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

Enzimska oksidacija malih molekula aminokiselina, monosaharida nastalih u lizosomima, masne kiseline i alkohola u ugljični dioksid i vodu počinje u citoplazmi i završava u drugim organelama - mitohondrije. Mitohondriji su štapićasti, nitasti ili sferni organeli, odvojeni od citoplazme dvjema membranama (slika 4). Vanjska membrana je glatka, dok unutarnja formira nabore - kriste koji povećavaju njegovu površinu. Enzimi koji sudjeluju u reakcijama oksidacije organskih tvari ugljični dioksid i vodu. U tom se slučaju 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. Kroz ER kanale tvari se kreću u različite dijelove stanice.

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

Sinteza organskih tvari događa se u plastide 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. Shema građe kloroplasta.
1.- vanjska membrana; 2.- unutarnja membrana; 3.- unutarnji sadržaj kloroplasta; 4. - nabori unutarnje membrane, skupljeni u "hrpe" i tvore granu.

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

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

U biljnim stanicama, dio rezervnih hranjivih tvari, kao i produkti raspadanja, akumuliraju se u staničnom soku 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. to golgijev kompleks, koji obavlja različite funkcije u stanici: sudjeluje u nakupljanju i transportu tvari, njihovom uklanjanju iz stanice, stvaranju lizosoma, stanične membrane. Na primjer, molekule celuloze ulaze u šupljinu Golgijevog kompleksa, koji se uz pomoć mjehurića pomiču na površinu stanice i uključuju se u staničnu membranu.

Većina stanica razmnožava se diobom. Ovaj proces uključuje stanično središte. Sastoji se od dva centriola okružena gustom citoplazmom (vidi sliku 1). Na početku diobe centrioli divergiraju prema polovima stanice. Od njih se odvajaju proteinski filamenti koji su povezani s kromosomima i osiguravaju njihovu ravnomjernu raspodjelu između dviju stanica kćeri.

Sve organele stanice su međusobno usko povezane. Na primjer, proteinske molekule se sintetiziraju u ribosomima, prenose se kroz ER kanale do različite dijelove stanicama, a proteini se uništavaju u lizosomima. 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. GRAĐA STANICE

Najvažniju ulogu u vitalnoj aktivnosti i diobi stanica gljiva, biljaka i životinja ima jezgra i kromosomi smješteni u njoj. 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 membrana ima pore kroz koje se odvija izmjena tvari između jezgre i citoplazme. Jezgra je ispunjena jezgrinim sokom koji sadrži jezgrice i kromosome.

Jezgrice su "radionice za proizvodnju" ribosoma, koji nastaju iz ribosomske RNA nastale 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 tjelesne stanice osim spolnih nazivaju se somatski(od grčkog. som- 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 obično imaju dvostruki set kromosoma. To se zove diploidan i označeno 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 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, u crvenoj djetelini i grašku 2 n= 14. Međutim, njihovi se kromosomi razlikuju po obliku, veličini, nukleotidnom sastavu molekula DNA.

Riža. 8. Skup kromosoma u stanicama Drosophile.

Riža. 9. Građa kromosoma.

Za razumijevanje uloge kromosoma u prijenosu nasljednih informacija potrebno je upoznati se s njihovom građom i kemijskim sastavom.

Kromosomi stanice koja se ne dijeli izgledaju poput dugih tankih niti. Svaki se kromosom prije diobe stanice sastoji od dvije identične niti - kromatide, koji su spojeni između steznih rebara - (slika 9).

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

Svaka stanica osim bakterija ima jezgru koja sadrži jezgrice i kromosome. Svaku vrstu karakterizira specifičan 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 omogućuju pohranjivanje i prijenos nasljednih informacija od stanice do stanice i od organizma do organizma.

Nakon što ste obradili ove teme, trebali biste moći:

1. Recite u kojim slučajevima je potrebno koristiti svjetlosni mikroskop (struktura), prijenosni elektronski mikroskop.
2. Opišite građu stanične membrane i objasnite odnos između građe membrane i njezine sposobnosti izmjene tvari između stanice i okoliša.
3. Definirajte procese: difuziju, olakšanu difuziju, aktivni transport, endocitozu, egzocitozu i osmozu. Ukažite na 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, mezosom, pili ili fimbrije.
5. Navedi barem tri znaka po kojima se biljna stanica može razlikovati od životinjske.
6. Navedite glavne 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

Stanične membrane

Osnova strukturne organizacije stanice je membranski princip građe, odnosno stanica je uglavnom građena od membrana. Sve biološke membrane imaju zajedničko strukturne značajke i svojstva.

Trenutačno je općenito prihvaćen fluidno-mozaični model strukture membrane.

Osnova membrane je lipidni dvosloj, formiran uglavnom fosfolipidi. Lipidi prosječno ≈40% kemijski sastav membrane. U dvosloju, repovi molekula u membrani okrenuti su 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 lokalizaciji u membrani, postoje:

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

© poluintegralni proteini- proteini uronjeni u lipidni dvosloj na različitim dubinama;

© sastavni, ili transmembranski proteini - proteini koji prodiru kroz membranu dok su u kontaktu s vanjskim i unutarnjim okolišem stanice.

Membranski proteini mogu obavljati različite funkcije:

© transport određenih molekula;

© kataliza reakcija koje se odvijaju na membranama;

© održavanje strukture membrana;

© 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 u vanjska površina membrane. Funkcije ugljikohidrata stanične membrane nisu u potpunosti razjašnjene, ali se može reći da oni osiguravaju funkcije membranskih receptora.

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

Molekule proteina i lipida su pokretne, mogu 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 membrane za različite tvari ovisi o svojstvima njihovih molekula (polaritet, veličina itd.), te 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, razlikuju se:

© pasivni transport- transport tvari bez utroška energije;

© aktivni transport- transport koji koristi 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 utječe električni gradijent. Stoga se često govori 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 će brže proći kroz membranu. Zanimljivo je da voda, unatoč tome što je relativno netopiva u mastima, vrlo brzo prodire kroz lipidni dvosloj. To je zato što je njegova molekula mala i električki neutralna. Difuzija vode kroz membrane naziva se osmoza.

© Olakšana difuzija- transport tvari uz pomoć specijalnih

transportni proteini, od kojih je svaki odgovoran za transport određenih molekula ili skupina srodnih molekula. Oni stupaju u interakciju s molekulom prenesene tvari i na neki je način pokreću kroz membranu. Tako se šećeri, aminokiseline, nukleotidi i mnoge druge polarne molekule transportiraju u stanicu.

Potreba za aktivnim transportom javlja se kada je potrebno osigurati prijenos molekula kroz membranu protiv elektrokemijskog gradijenta. Ovaj transport provode proteini nosači, čija aktivnost zahtijeva utrošak energije. 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 je obrnuto. Stoga K pasivno difundira iz stanice kroz vodene pore membrane, a Na u stanicu. Pritom je za normalno funkcioniranje stanice važno održavati određeni omjer iona K i Na u citoplazmi i vanjskom okolišu. To je moguće jer membrana, zbog prisutnosti (Na + K) pumpe, aktivno pumpa Na iz stanice, a K u stanicu. Za rad (Na + K) pumpe troši se gotovo trećina ukupne energije potrebne za život stanice.

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

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

© 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-a veže se na protein, odnosno protein se fosforilira;

© fosforilacija uzrokuje konformacijske promjene u proteinu, on nije u stanju zadržati ione Na - oni se oslobađaju i izlaze izvan stanice;

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

© 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 za 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 - proces hvatanja i upijanja kapljica tekućine s tvarima otopljenim u njoj.

Egzocitoza- proces uklanjanja raznih tvari iz stanice. Tijekom egzocitoze, membrana vezikule (ili vakuole), kada je u kontaktu s vanjskom citoplazmatskom membranom, spaja se s njom. Sadržaj vezikule se uklanja izvan zareza, a njena membrana ulazi u sastav vanjske citoplazmatske membrane.