세포막은 단백질과 다당류가 박힌 이분자 지질층으로 구성된 세포 또는 세포 소기관의 표면에 있는 초박막입니다.

막 기능:

• · 장벽 - 환경과 함께 조절되고 선택적이고 수동적이며 능동적인 신진대사를 제공합니다. 예를 들어, 퍼옥시솜 막은 세포에 해로운 과산화물로부터 세포질을 보호합니다. 선택적 투과성은 다른 원자 또는 분자에 대한 막의 투과성이 크기에 따라 달라지는 것을 의미합니다. 전하그리고 화학적 특성... 선택적 투과성은 세포와 세포 구획을 환경으로부터 분리하고 필요한 물질을 공급합니다.
• · 수송 - 물질은 막을 통해 세포 안팎으로 수송됩니다. 막을 통한 수송은 다음을 제공합니다: 영양소 전달, 최종 대사 산물 제거, 분비 다양한 물질, 이온 구배의 생성, 세포 효소의 작업에 필요한 최적의 pH 및 세포 내 이온 농도의 유지. 어떤 이유로든 인지질 이중층을 통과할 수 없지만(예: 친수성으로 인해 내부 막이 소수성이어서 친수성 물질이 통과하지 못하거나 크기가 커서) 세포에 필요한 입자 , 특수 운반체 단백질(수송체) 및 채널 단백질을 통해 또는 세포내이입을 통해 막을 통과할 수 있습니다. 수동 수송의 경우 물질은 확산에 의한 농도 구배를 따라 에너지 소비 없이 지질 이중층을 통과합니다. 이 메커니즘의 변형은 특정 분자가 물질이 막을 통과하도록 돕는 촉진 확산입니다. 이 분자는 한 가지 유형의 물질만 통과할 수 있는 채널을 가질 수 있습니다. 능동 수송은 농도 구배에 대해 발생하기 때문에 에너지 소비가 필요합니다. 세포막에는 칼륨 이온(K +)을 적극적으로 펌핑하고 세포에서 나트륨 이온(Na +)을 내보내는 ATPase를 비롯한 특수 펌프 단백질이 멤브레인에 있습니다.
• 매트릭스 - 막 단백질의 특정 상호 배열 및 방향, 최적의 상호 작용을 제공합니다.
• 기계적 - 세포의 자율성, 세포 내 구조 및 다른 세포(조직 내)와의 연결을 보장합니다. 세포벽은 기계적 기능을 보장하는 데 중요한 역할을 하며, 동물에서는 세포간 물질입니다.
• 에너지 - 엽록체의 광합성과 미토콘드리아의 세포 호흡 동안 에너지 전달 시스템은 단백질도 관여하는 막에서 작동합니다.
• 수용체 - 막의 일부 단백질은 수용체(세포가 특정 신호를 인식하는 분자)입니다. 예를 들어, 혈액에서 순환하는 호르몬은 이러한 호르몬에 해당하는 수용체가 있는 표적 세포에만 작용합니다. 신경전달물질( 화학 물질, 신경 자극의 전도 제공) 또한 표적 세포의 특수 수용체 단백질에 결합합니다.
• 효소 - 막 단백질은 종종 효소입니다. 예를 들어, 장 상피 세포의 원형질막에는 소화 효소가 들어 있습니다.
• · 생물 잠재력의 생성 및 실행 구현. 멤브레인의 도움으로 이온의 일정한 농도가 세포에서 유지됩니다. 세포 내부의 K + 이온의 농도는 외부보다 훨씬 높고 Na +의 농도는 훨씬 낮습니다. 이는 매우 중요합니다. 이것은 막의 전위차 유지와 신경 자극 생성을 보장합니다.
• · 세포 라벨링 - 세포를 식별할 수 있도록 하는 "라벨"인 표지 역할을 하는 항원이 막에 있습니다. 이들은 "안테나"의 역할을 하는 당단백질(즉, 분지된 올리고당 측쇄가 부착된 단백질)입니다. 수많은 측쇄 구성으로 인해 각 세포 유형에 대한 특정 마커를 만드는 것이 가능합니다. 마커의 도움으로 세포는 다른 세포를 인식하고 예를 들어 장기 및 조직 형성 중에 그들과 협력하여 작용할 수 있습니다. 이것은 또한 허용 면역 체계외래 항원을 인식합니다.

일부 단백질 분자는 지질층의 평면에서 자유롭게 확산됩니다. 정상 상태에서 세포막의 반대쪽에 나오는 단백질 분자의 일부는 위치를 바꾸지 않습니다.

세포막의 특별한 형태는 세포막을 결정합니다. 전기적 특성, 그 중 가장 중요한 것은 커패시턴스와 전도도입니다.

용량 특성은 주로 인지질 이중층에 의해 결정되는데, 이 이중층은 수화된 이온에 대해 불투과성인 동시에 전하의 효과적인 분리 및 축적과 양이온과 음이온의 정전기적 상호작용을 보장하기에 충분히 얇습니다(약 5nm). 또한, 세포막의 정전용량 특성은 세포막에서 발생하는 전기적 과정의 시간적 특성을 결정하는 이유 중 하나이다.

전도도(g)는 전기 저항그리고 주어진 이온에 대한 전체 막횡단 전류 값과 그것의 막횡단 전위차를 야기한 값의 비와 같다.

다양한 물질이 인지질 이중층을 통해 확산될 수 있으며 투과도(P), 즉 이러한 물질을 통과시키는 세포막의 능력은 막 양면의 확산 물질 농도의 차이에 따라 달라집니다. 지질의 용해도와 세포막의 특성. 막의 일정한 장에서 하전된 이온의 확산 속도는 이온의 이동도, 막의 두께 및 막 내 이온 분포에 의해 결정됩니다. 비전해질의 경우 막 투과성은 전도도에 영향을 미치지 않습니다. 비전해질은 전하를 운반하지 않기 때문입니다. 즉, 전류를 운반할 수 없습니다.

막의 전도도는 이온 투과성의 척도입니다. 전도도의 증가는 막을 통과하는 이온의 수의 증가를 나타냅니다.

생체막의 중요한 특성은 유동성입니다. 모든 세포막은 이동성 유체 구조입니다. 대부분의 구성 지질 및 단백질 분자는 막 평면에서 상당히 빠르게 이동할 수 있습니다.

우리 행성의 모든 생명체가 세포로 구성되어 있다는 것은 비밀이 아닙니다. 세포는 차례로 세포의 생명에 매우 중요한 역할을 하는 특별한 보호막으로 둘러싸여 있으며, 세포막의 기능은 세포의 보호에만 국한되지 않고, 가장 복잡한 메커니즘생식, 영양, 세포 재생에 관여합니다.

세포막이란?

"막"이라는 단어 자체는 라틴어에서 "필름"으로 번역되지만 멤브레인은 세포가 싸여있는 일종의 필름이 아니라 서로 연결되고 다른 속성을 갖는 두 개의 필름 세트입니다. 실제로 세포막은 3층의 지단백질(지방-단백질)막으로 각 세포를 인접 세포 및 환경과 분리하고 세포와 환경 사이의 조절된 교환을 수행하는데, 이것이 세포막이 무엇인지에 대한 학문적 정의입니다. 이다.

막의 중요성은 단순히 한 세포에서 다른 세포를 분리할 뿐만 아니라 다른 세포 및 환경과 세포의 상호 작용을 보장하기 때문에 엄청납니다.

세포막 연구의 역사

세포막 연구에 대한 중요한 공헌은 1925년 두 명의 독일 과학자 Gorter와 Grendel에 의해 이루어졌습니다. 그런 다음 그들은 적혈구에 대한 복잡한 생물학적 실험을 수행했습니다. 적혈구, 그 동안 과학자들은 한 더미로 접혀 표면적을 측정 한 소위 "그림자", 적혈구의 빈 껍질을 받았습니다. 또한 지질의 양을 계산했습니다. 받은 지질의 양을 기반으로 과학자들은 우리가 세포막의 이중층에서 지질을 잡아야 한다는 결론에 도달했습니다.

1935년에 또 다른 한 쌍의 세포막 연구자, 이번에는 미국인 Daniel과 Dawson이 일련의 긴 실험 끝에 세포막의 단백질 함량을 확인했습니다. 막이 왜 그렇게 높은 표면 장력을 갖는지 설명할 다른 방법이 없었습니다. 과학자들은 균질한 지질 단백질 층이 빵의 역할을 하고 그 사이에 버터 대신 빈 공간이 있는 샌드위치 형태의 세포막 모델을 독창적으로 제시했습니다.

1950년에 다니엘과 도슨의 전자 이론의 출현으로 이미 실제 관찰을 통해 확인할 수 있었습니다. 세포막의 현미경 사진에서 지질과 단백질 머리의 층과 그들 사이의 빈 공간이 분명히 보였습니다.

1960년에 미국 생물학자인 J. Robertson은 세포막의 3층 구조 이론을 개발했는데, 이는 오랫동안 유일하게 올바른 것으로 여겨졌지만 과학이 발전함에 따라 무오류성에 대한 의구심이 나타나기 시작했습니다. 따라서 예를 들어 세포의 관점에서 전체 "샌드위치"를 통해 필요한 영양소를 운반하는 것은 어렵고 노동 집약적일 것입니다.

그리고 1972년에만 미국 생물학자인 S. Singer와 G. Nicholson이 세포막의 새로운 액체 모자이크 모델의 도움으로 로버트슨 이론의 불일치를 설명할 수 있었습니다. 특히, 세포막은 조성이 균일하지 않고 비대칭이며 액체로 채워져 있음을 발견했습니다. 또한 세포는 끊임없이 움직입니다. 그리고 세포막을 구성하는 악명 높은 단백질은 구조와 기능이 다릅니다.

세포막 특성 및 기능

이제 세포막이 수행하는 기능을 살펴보겠습니다.

세포막의 장벽 기능 - 실제 경계 보호막과 같은 막은 세포의 경계를 지키며 유해하거나 단순히 부적절한 분자를 가두거나 허용하지 않습니다.

세포막의 수송기능 - 세포막은 세포의 문을 지키는 경계선일 뿐만 아니라 일종의 세관 검문소이기도 하며 이를 통해 끊임없이 교환 유용한 물질다른 세포와 환경.

매트릭스 기능 - 서로 상대적인 위치를 결정하고 그들 사이의 상호 작용을 조절하는 것은 세포막입니다.

기계적 기능 - 한 세포를 다른 세포에서 제한하고 동시에 세포를 서로 올바르게 연결하여 균질한 조직으로 형성하는 역할을 합니다.

세포막의 보호 기능은 세포 보호막을 구축하는 기초입니다. 자연에서 이 기능의 예로는 단단한 나무, 빽빽한 ​​피부, 보호 갑각 등이 있으며 모두 막의 보호 기능 때문입니다.

효소 기능은 세포의 일부 단백질이 수행하는 또 다른 중요한 기능입니다. 예를 들어, 이 기능으로 인해 소화 효소는 장 상피에서 합성됩니다.

또한 이 모든 것 외에도 세포 교환은 세포막을 통해 수행되며, 이는 세 가지 다른 반응으로 일어날 수 있습니다.

• 식균작용은 막에 내장된 식세포가 다양한 세포를 포획하고 소화하는 세포 교환입니다. 영양소.
• Pinocytosis - 세포막과 접촉하는 유체 분자에 의한 포획 과정입니다. 이를 위해 액체 방울을 둘러싸는 것처럼 보이는 특수 덩굴손이 멤브레인 표면에 형성되어 거품을 형성하고 이후에 멤브레인에 의해 "삼켜집니다".
• 엑소사이토시스 - 이다 역과정세포가 막을 통해 분비 기능액을 표면으로 분비할 때.

세포막 구조

세포막에는 세 가지 종류의 지질이 있습니다.

• 인지질(지방과 인의 조합),
• 당지질(지방과 탄수화물의 조합),
• 콜레스테롤.

인지질과 당지질은 차례로 두 개의 긴 소수성 꼬리가 확장되는 친수성 머리로 구성됩니다. 콜레스테롤은 꼬리 사이의 공간을 차지하여 꼬리가 구부러지는 것을 방지합니다. 이 모든 것이 어떤 경우에는 특정 세포의 막을 매우 단단하게 만듭니다. 이 모든 것 외에도 콜레스테롤 분자는 세포막의 구조를 주문합니다.

그러나 세포막 구조의 가장 중요한 부분은 단백질, 또는 오히려 다른 중요한 역할을 하는 다른 단백질입니다. 막에 포함된 다양한 단백질에도 불구하고 이들을 하나로 묶는 것이 있습니다. 환상 지질은 막의 모든 단백질 주위에 위치합니다. 환상 지질은 단백질을 보호하는 일종의 보호막 역할을 하는 특수한 구조의 지방으로, 단백질이 없으면 단순히 작동하지 않습니다.

세포막의 구조는 3개의 층이 있습니다. 세포막의 기저부는 균질한 액체 이중지질 층입니다. 다람쥐가 모자이크처럼 양면을 덮습니다. 단백질은 위에서 설명한 기능 외에도 막의 액층을 통과할 수 없는 물질이 막을 통과하는 일종의 통로 역할을 합니다. 여기에는 예를 들어 칼륨 및 나트륨 이온이 포함됩니다. 막을 통해 침투하기 위해 자연은 세포막의 특수 이온 채널을 제공합니다. 즉, 단백질은 세포막의 투과성을 제공합니다.

현미경으로 세포막을 보면 단백질이 바다처럼 떠 있는 작은 구형 분자에 의해 형성된 지질층이 보입니다. 이제 어떤 물질이 세포막의 일부인지 알았습니다.

세포막, 비디오

그리고 마지막으로 세포막에 대한 교육 영상입니다.

9.5.1. 막의 주요 기능 중 하나는 물질 전달에 참여하는 것입니다. 이 과정은 단순 확산, 촉진 확산 및 능동 수송의 세 가지 주요 메커니즘에 의해 촉진됩니다(그림 9.10). 기억하다 필수 기능이러한 메커니즘과 각 경우에 수송된 물질의 예.

그림 9.10.막을 가로지르는 분자 수송 메커니즘

단순확산- 참여 없이 막을 통한 물질 전달 특수 메커니즘... 운송은 에너지 소비 없이 농도 구배를 따라 발생합니다. 간단한 확산에 의해 작은 생체 분자(Н2О, СО2, О2, 요소, 소수성 저분자량 물질)가 수송됩니다. 단순 확산 속도는 농도 구배에 비례합니다.

촉진 확산- 단백질 채널 또는 특수 운반 단백질을 사용하여 막을 통한 물질 전달. 에너지 소비 없이 농도 구배를 따라 수행됩니다. 단당류, 아미노산, 뉴클레오티드, 글리세롤 및 일부 이온이 수송됩니다. 포화 역학은 특징적입니다. 전달 된 물질의 특정 (포화) 농도에서 모든 담체 분자가 전달에 참여하고 전달 속도가 제한 값에 도달합니다.

능동 수송- 또한 특별한 운반체 단백질의 참여가 필요하지만 농도 구배에 대해 이동이 일어나므로 에너지가 필요합니다. 이 메커니즘의 도움으로 Na +, K +, Ca2 +, Mg2 +의 이온은 세포막을 통해 수송되고 양성자는 미토콘드리아 막을 통해 수송됩니다. 포화 역학은 물질의 능동 수송의 특징입니다.

9.5.2. 이온을 능동적으로 수송하는 수송 시스템의 예는 Na +, K + -아데노신 트리포스파타제(Na +, K + -ATPase 또는 Na +, K + -pump)입니다. 이 단백질은 원형질막의 두께에 위치하며 ATP 가수분해 반응을 촉매할 수 있습니다. 1ATP 분자가 가수분해되는 동안 방출된 에너지는 3개의 Na + 이온을 세포에서 세포외 공간으로, 2개의 K + 이온을 반대 방향으로 옮기는 데 사용됩니다(그림 9.11). Na +, K + -ATPase의 작용으로 세포의 세포질과 세포외액 사이에 농도차가 생긴다. 이온의 이동이 동등하지 않기 때문에 차이가 발생합니다. 전위... 따라서 전위차 Δφ의 에너지와 막 양면의 물질 농도 ΔС의 에너지로 구성된 전기 화학적 전위가 발생합니다.

그림 9.11. Na +, K + -펌프 회로.

9.5.3. 막을 통한 입자 및 고분자량 화합물의 수송

운반체에 의해 수행되는 유기 물질 및 이온의 수송과 함께, 세포에 의해 흡수되고 생체막의 모양을 변경하여 세포에서 고분자 화합물을 제거하도록 설계된 완전히 특수한 메커니즘이 세포에 있습니다. 이 메커니즘을 소포 수송으로.

그림 9.12.소포 수송의 유형: 1 - 엔도사이토시스; 2 - 엑소사이토시스.

거대분자의 이동 동안 막으로 둘러싸인 소포(소포)의 순차적인 형성과 융합이 일어난다. 운송 방향과 운송되는 물질의 특성에 따라 다음 유형의 소포 운송이 구별됩니다.

세포내이입(그림 9.12, 1) - 물질을 세포로 옮김. 결과 소포의 크기에 따라 다음이 있습니다.

NS) 음세포증 - 작은 기포(직경 150nm)를 사용하여 액체 및 용해된 거대분자(단백질, 다당류, 핵산)의 흡수;

NS) 식균 작용 - 미생물이나 세포 파편과 같은 큰 입자의 흡수. 이 경우 직경이 250nm 이상인 포식소체라고 하는 큰 기포가 형성됩니다.

Pinocytosis는 대부분의 진핵 세포의 특징이며 큰 입자는 백혈구 및 대 식세포와 같은 특수 세포에 흡수됩니다. 엔도사이토시스의 첫 번째 단계에서 물질이나 입자가 멤브레인 표면에 흡착되며 이 과정은 에너지 소비 없이 발생합니다. 다음 단계에서 흡착된 물질이 있는 막은 세포질로 깊어집니다. 원형질막의 형성된 국소 함입은 세포 표면에서 분리되어 거품을 형성한 다음 세포로 이동합니다. 이 프로세스는 마이크로필라멘트 시스템과 관련이 있으며 휘발성입니다. 세포로 들어가는 소포와 식세포는 리소좀과 합쳐질 수 있습니다. 리소좀에 포함된 효소는 소포 및 식세포에 포함된 물질을 저분자량 생성물(아미노산, 단당류, 뉴클레오티드)로 분해하고, 이들은 세포질로 운반되어 세포에서 사용할 수 있습니다.

엑소사이토시스(그림 9.12, 2) - 세포에서 입자와 큰 화합물의 이동. 이 과정은 엔도사이토시스와 마찬가지로 에너지 흡수와 함께 발생합니다. 엑소사이토시스의 주요 유형은 다음과 같습니다.

NS) 분비 - 신체의 다른 세포에 사용되거나 영향을 미치는 수용성 화합물을 세포에서 제거합니다. 그것은 비 전문화 된 세포와 내분비선, 점막 세포 모두에 의해 수행 될 수 있습니다 위장관신체의 특정 요구 사항에 따라 생성 된 물질 (호르몬, 신경 전달 물질, 전구 효소)의 분비에 적합합니다.

분비된 단백질은 거친 소포체의 막과 관련된 리보솜에서 합성됩니다. 그런 다음 이 단백질을 골지체로 운반하여 변형, 농축, 분류한 다음 소포에 포장한 다음 세포질로 절단한 다음 원형질막과 융합하여 소포의 내용물이 세포 외부에 있도록 합니다. .

거대 분자와 달리 양성자와 같은 작은 크기의 분비 입자는 촉진 확산 및 능동 수송 메커니즘을 사용하여 세포에서 수송됩니다.

NS) 배설 - 세포에서 사용할 수 없는 물질 제거(예: 소기관의 응집된 잔해인 망상적혈구 물질의 망상적혈구에서 적혈구 생성 중 제거). 배설 메커니즘은 분명히 처음에는 분비된 입자가 세포질 소포에서 끝난 다음 원형질막과 융합한다는 사실에 있습니다.

지구에 살고 있는 대다수의 유기체는 화학적 구성, 구조 및 생명 활동이 유사한 여러 면에서 세포로 구성되어 있습니다. 각 세포는 대사되고 에너지가 변환됩니다. 세포 분열은 유기체의 성장과 번식의 기초가 됩니다. 따라서 세포는 유기체의 구조, 발달 및 번식의 단위입니다.

세포는 부분으로 나눌 수 없는 통합 시스템으로만 존재할 수 있습니다. 세포의 무결성은 생물학적 막에 의해 보장됩니다. 세포는 상위 시스템인 유기체의 요소입니다. 복잡한 분자로 구성된 세포의 부분과 소기관은 다음과 같습니다. 전체론적 시스템하위.

셀 - 개방형 시스템환경, 신진 대사 및 에너지와 관련이 있습니다. 각 분자가 특정 기능을 수행하는 기능적 시스템입니다. 세포는 저항력이 있고 자기 조절 및 재생산이 가능합니다.

세포는 자치 시스템입니다. 세포의 제어 유전 시스템은 복잡한 거대 분자로 표시됩니다. 핵산(DNA 및 RNA).

1838-1839년. 독일 생물학자인 M. Schleiden과 T. Schwann은 세포에 대한 지식을 요약하고 세포 이론의 기본 명제를 공식화했습니다.

1859년에 R. Virkhov는 세포 분열 과정을 설명하고 세포 이론의 가장 중요한 조항 중 하나를 공식화했습니다. "모든 세포는 다른 세포에서 나옵니다." 새로운 세포는 이전에 생각했던 것처럼 비세포 물질이 아니라 모세포의 분열의 결과로 형성됩니다.

1826년 러시아 과학자 K. Baer가 포유동물 알을 발견함으로써 세포가 다세포 유기체의 발달의 기초가 된다는 결론을 이끌어냈습니다.

현대 세포 이론에는 다음 조항이 포함됩니다.

1) 세포는 모든 유기체의 구조 및 발달 단위입니다.

2) 살아있는 자연의 다른 왕국의 유기체의 세포는 구조, 화학 성분, 신진 대사, 생명의 주요 징후가 유사합니다.

3) 모세포 분열의 결과로 새로운 세포가 형성된다.

4) 다세포 유기체에서 세포는 조직을 형성합니다.

5) 기관은 조직으로 이루어져 있습니다.

현대의 생물학, 물리학 및 화학적 방법연구를 통해 세포의 다양한 구성 요소의 구조와 기능을 연구할 수 있었습니다. 세포를 연구하는 방법 중 하나는 현미경 사용... 현대의 광학 현미경은 물체를 3000배 확대하여 가장 큰 세포 소기관을 보고 세포질의 움직임과 세포 분열을 관찰할 수 있습니다.

40년대에 발명되었습니다. XX 세기 전자현미경은 수만 배, 수십만 배 증가합니다. 전자 현미경은 빛 대신 전자의 흐름을 사용하고 렌즈 대신 - 전자기장... 따라서 전자 현미경은 훨씬 더 높은 배율에서 선명한 이미지를 제공합니다. 그러한 현미경의 도움으로 세포 소기관의 구조를 연구하는 것이 가능했습니다.

이 방법을 사용하여 세포 소기관의 구조와 구성을 연구합니다. 원심분리... 세포막이 파괴된 파쇄된 조직을 시험관에 넣고 원심분리기에서 고속으로 회전시킵니다. 이 방법은 다른 세포 오르가노이드가 다른 질량과 밀도를 갖는다는 사실에 기반합니다. 더 밀도가 높은 세포 소기관은 낮은 원심 분리 속도에서 테스트 튜브에 침착되고 밀도가 낮습니다. 이 레이어는 별도로 연구됩니다.

널리 쓰이는 세포 및 조직 배양 방법, 특수 영양 배지의 하나 또는 여러 개의 세포에서 동일한 유형의 동물 또는 식물 세포 그룹을 얻고 전체 식물을 키울 수 있다는 사실로 구성됩니다. 이 방법을 사용하면 신체의 다양한 조직과 기관이 하나의 세포에서 어떻게 형성되는지에 대한 질문에 대한 답을 얻을 수 있습니다.

세포 이론의 주요 조항은 M. Schleiden과 T. Schwann에 의해 처음 공식화되었습니다. 세포는 모든 살아있는 유기체의 구조, 중요한 활동, 번식 및 발달의 단위입니다. 세포를 연구하기 위해 현미경, 원심 분리, 세포 및 조직 배양 등의 방법이 사용됩니다.

곰팡이, 식물 및 동물의 세포는 화학적 구성뿐만 아니라 구조에서도 많은 공통점이 있습니다. 현미경으로 세포를 검사하면 다양한 구조가 보입니다. 소기관... 각 오르가노이드는 특정 기능을 수행합니다. 세포에는 원형질막, 핵 및 세포질의 세 가지 주요 부분이 있습니다(그림 1).

원형질막세포와 그 내용물을 환경과 분리합니다. 그림 2에서 볼 수 있습니다. 막은 지질의 두 층으로 형성되고 단백질 분자는 막의 두께를 투과합니다.

원형질막의 주요 기능 수송... 그것은 세포에 영양분을 공급하고 세포에서 대사 산물을 제거합니다.

멤브레인의 중요한 특성은 선택적 투과성또는 반투과성으로 인해 세포가 환경과 상호 작용할 수 있습니다. 특정 물질만 들어가고 제거됩니다. 작은 분자의 물과 일부 다른 물질은 부분적으로 막의 구멍을 통해 확산에 의해 세포로 들어갑니다.

세포질에서는 식물 세포 액포의 세포 수액, 설탕, 유기산 및 염이 용해됩니다. 또한 세포 내 농도가 세포보다 훨씬 높습니다. 환경... 세포에서 이러한 물질의 농도가 높을수록 더 많은 물을 흡수합니다. 세포는 물을 지속적으로 소비하여 세포 수액의 농도가 증가하고 물이 다시 세포로 들어가는 것으로 알려져 있습니다.

세포 내로의 더 큰 분자(포도당, 아미노산)의 진입은 수송된 물질의 분자와 결합하여 막을 가로질러 수송하는 막의 수송 단백질에 의해 제공됩니다. 이 과정에는 ATP를 분해하는 효소가 포함됩니다.

그림 1. 진핵 세포 구조의 일반화 다이어그램.
(이미지를 확대하려면 사진을 클릭하세요)

그림 2. 원형질막의 구조.
1 - 피어싱 단백질, 2 - 침지 단백질, 3 - 외부 단백질

그림 3. pinocytosis 및 phagocytosis의 다이어그램.

더 큰 분자의 단백질과 다당류도 식균 작용에 의해 세포에 들어갑니다(그리스어. 파고스- 삼키고 키토스- 혈관, 세포) 및 액체 방울 - (그리스어에서 유래) pinocytosis에 의해. 피노- 나는 술을 마시고 키토스) (그림 3).

동물 세포는 식물 세포와 달리 주로 다당류 분자에 의해 형성되는 부드럽고 유연한 "피막"으로 둘러싸여 있으며, 이는 막의 특정 단백질과 지질에 부착되어 세포 외부를 둘러싸고 있습니다. 다당류의 구성은 세포가 서로를 "인식"하고 연결하기 때문에 다른 조직에 특이적입니다.

식물 세포에는 그러한 "코트"가 없습니다. 그들은 원형질막 위에 구멍이 뚫린 표면을 가지고 있습니다. 세포막주로 셀룰로오스로 구성되어 있습니다. 모공을 통해 세포질의 실이 세포에서 세포로 뻗어 세포를 서로 연결합니다. 이것이 세포 간의 연결이 수행되고 유기체의 무결성이 달성되는 방법입니다.

식물의 세포막은 강한 골격의 역할을 하여 세포를 손상으로부터 보호합니다.

대부분의 박테리아와 모든 곰팡이에는 세포막이 있으며 화학 성분만 다릅니다. 균류에서는 키틴과 같은 물질로 구성됩니다.

곰팡이, 식물 및 동물의 세포는 유사한 구조를 가지고 있습니다. 세포에는 핵, 세포질 및 원형질막의 세 가지 주요 부분이 있습니다. 원형질막은 지질과 단백질로 구성되어 있습니다. 그것은 세포로 물질의 진입과 세포로부터의 물질 방출을 보장합니다. 식물, 균류 및 대부분의 박테리아의 세포에는 원형질막 위에 세포막이 있습니다. 보호 기능을 수행하며 골격의 역할을 합니다. 식물에서 세포막은 셀룰로오스로 구성되며, 곰팡이에서는 키틴 유사 물질로 구성됩니다. 동물 세포는 같은 조직의 세포 사이에 접촉을 제공하는 다당류로 코팅되어 있습니다.

세포의 주요 부분이 세포질... 그것은 물, 아미노산, 단백질, 탄수화물, ATP, 무기 물질의 이온을 포함합니다. 세포 핵과 세포 소기관은 세포질에 있습니다. 그 안에서 물질은 세포의 한 부분에서 다른 부분으로 이동합니다. 세포질은 모든 소기관의 상호 작용을 보장합니다. 이것은 화학 반응이 일어나는 곳입니다.

전체 세포질은 형성하는 얇은 단백질 미세 소관으로 침투합니다. 세포의 세포골격, 덕분에 일정한 모양을 유지합니다. 세포의 세포골격은 유연합니다. 왜냐하면 미세소관은 한쪽 끝에서 위치를 바꾸고 움직일 수 있고 다른 쪽 끝에서 짧아질 수 있기 때문입니다. 다양한 물질이 세포에 들어갑니다. 새장에서 그들에게 무슨 일이?

리소좀 - 작은 둥근 막 소포 (그림 1 참조)에서 가수 분해 효소의 도움으로 복잡한 유기 물질 분자는 더 간단한 분자로 분할됩니다. 예를 들어, 단백질은 아미노산으로, 다당류는 단당류로, 지방은 글리신 및 지방산으로 분해됩니다. 이 기능을 위해 리소좀은 종종 세포의 "소화 스테이션"이라고 합니다.

리소좀의 막이 파괴되면 그 안에 포함된 효소가 세포 자체를 소화할 수 있습니다. 따라서 때때로 리소좀을 "세포 죽이기 도구"라고 합니다.

리소좀에서 형성되는 작은 분자의 아미노산, 단당류의 효소 산화, 지방산탄산 가스와 물에 대한 알코올은 세포질에서 시작하여 다른 세포 소기관에서 끝납니다. 미토콘드리아... 미토콘드리아는 막대 모양, 사상체 또는 구형 소기관이며 두 개의 막에 의해 세포질에서 구분됩니다(그림 4). 외막은 매끄럽고 내막은 주름을 형성합니다 - 크리스타그 표면을 증가시킵니다. 유기 물질의 산화 반응에 참여하는 효소 이산화탄소그리고 물. 이 경우 에너지가 방출되어 ATP 분자의 세포에 저장됩니다. 따라서 미토콘드리아는 세포의 "발전소"라고 불립니다.

세포에서 유기 물질은 산화될 뿐만 아니라 합성됩니다. 지질과 탄수화물의 합성은 소포체 - EPS(그림 5) 및 단백질 - 리보솜에서 수행됩니다. EPS란 무엇입니까? 그것은 세관과 수조의 시스템이며, 그 벽은 막으로 형성됩니다. 그들은 전체 세포질에 침투합니다. 물질은 EPS 채널을 따라 세포의 다른 부분으로 이동합니다.

매끄럽고 거친 EPS가 있습니다. 매끄러운 EPS의 표면에서 효소의 참여로 탄수화물과 지질이 합성됩니다. EPS의 거칠기는 그 위에 위치한 작은 둥근 몸체에 의해 주어집니다. 리보솜(그림 1 참조), 단백질 합성에 관여합니다.

유기 물질의 합성은 또한 색소체식물 세포에서만 발견되는 것입니다.

쌀. 4. 미토콘드리아 구조의 계획.
1.- 외막; 2.- 내막; 3.- 내막의 주름 - cristae.

쌀. 5. 대략적인 EPS의 구조 다이어그램.

쌀. 6. 엽록체 구조의 도식.
1.- 외막; 2.- 내막; 3.- 엽록체의 내부 내용물; 4. 내막의 접힘, "스택"으로 수집되어 과립을 형성합니다.

무색 색소체에서 - 백혈구(그리스어에서. 류코스- 흰색과 플라스토스- 생성) 전분이 축적됩니다. 감자 괴경에는 백혈구가 매우 풍부합니다. 노란색, 주황색, 붉은색을 과일과 꽃에 부여 염색체(그리스어에서. 크롬- 색상 및 플라스토스). 그들은 광합성에 관여하는 색소를 합성합니다 - 카로티노이드... 식물 생활에서 중요성 엽록체(그리스어에서. 클로로- 녹색과 플라스토스) - 녹색 색소체. 그림 6에서 엽록체는 외부와 내부의 두 가지 막으로 덮여 있음을 알 수 있습니다. 내막은 주름을 형성합니다. 접힌 부분 사이에 거품이 쌓여 있습니다. 작살... 곡물에는 광합성에 관여하는 엽록소 분자가 포함되어 있습니다. 각 엽록체에는 약 50개의 알갱이가 엇갈려 들어 있습니다. 이 배열은 각 얼굴의 최대 조명을 보장합니다.

세포질에서 단백질, 지질, 탄수화물은 곡물, 결정체, 물방울의 형태로 축적될 수 있습니다. 이것들 내포물- 필요에 따라 세포가 소비하는 여분의 영양소.

식물 세포에서 예비 영양소의 일부와 부패 생성물이 액포의 세포 수액에 축적됩니다(그림 1 참조). 그들은 식물 세포 부피의 최대 90%를 차지할 수 있습니다. 동물 세포에는 부피의 5% 이하를 차지하는 일시적인 액포가 있습니다.

쌀. 7. 골지 복합체의 구조 다이어그램.

그림 7에서 멤브레인으로 둘러싸인 공동 시스템을 볼 수 있습니다. 그것 골지 콤플렉스, 세포에서 다양한 기능을 수행합니다. 물질의 축적 및 수송, 세포에서 제거, 리소좀 형성, 세포막에 참여합니다. 예를 들어, 셀룰로오스 분자는 기포의 도움으로 세포 표면으로 이동하여 세포막에 통합되는 골지 복합체의 공동으로 들어갑니다.

대부분의 세포는 분열하여 증식합니다. 이 프로세스에는 다음이 포함됩니다. 세포 중심... 밀도가 높은 세포질로 둘러싸인 두 개의 중심소체로 구성됩니다(그림 1 참조). 분열이 시작될 때 중심 소는 세포의 극으로 분기됩니다. 단백질 필라멘트는 염색체에 연결되어 두 딸 세포 사이에 균일한 분포를 보장합니다.

모든 세포 소기관은 서로 밀접하게 관련되어 있습니다. 예를 들어 단백질 분자는 리보솜에서 합성되며 EPS 채널을 통해 다른 부분들세포와 단백질은 리소좀에서 파괴됩니다. 새로 합성된 분자는 세포 구조를 구축하거나 예비 영양소로 세포질과 액포에 축적하는 데 사용됩니다.

세포는 세포질로 채워져 있습니다. 세포질은 리소좀, 미토콘드리아, 색소체, 액포, EPS, 세포 중심, 골지 복합체와 같은 핵과 다양한 소기관을 포함합니다. 그들은 구조와 기능이 다릅니다. 세포질의 모든 소기관은 서로 상호 작용하여 세포의 정상적인 기능을 보장합니다.

표 1. 세포의 구조

곰팡이, 식물 및 동물의 세포의 생명과 분열에서 가장 중요한 역할은 핵과 그 안에있는 염색체에 속합니다. 이 유기체의 대부분의 세포에는 하나의 핵이 있지만 근육 세포와 같은 다핵 세포도 있습니다. 핵은 세포질에 위치하고 원형 또는 타원형입니다. 그것은 두 개의 막으로 구성된 껍질로 덮여 있습니다. 핵막에는 핵과 세포질 사이의 물질 교환이 일어나는 구멍이 있습니다. 핵은 핵소체와 염색체가 있는 핵 수액으로 채워져 있습니다.

핵소체핵에서 형성된 리보솜 RNA와 세포질에서 합성된 단백질로 형성된 리보솜의 "생산을 위한 작업장"입니다.

커널의 주요 기능인 유전 정보의 저장 및 전송은 다음과 관련이 있습니다. 염색체... 각 유형의 유기체에는 특정 수, 모양 및 크기와 같은 고유한 염색체 세트가 있습니다.

생식 세포를 제외한 신체의 모든 세포를 체세포(그리스어에서. 메기- 신체). 같은 종의 유기체의 세포에는 동일한 염색체 세트가 있습니다. 예를 들어 인간의 경우 신체의 각 세포에는 46개의 염색체가 포함되어 있는 반면 초파리 초파리는 8개의 염색체를 가지고 있습니다.

체세포에는 일반적으로 이중 염색체 세트가 있습니다. 그것은이라고 이배체 2로 표시 N... 따라서 사람은 23 쌍의 염색체를 가지고 있습니다. 즉, 2 N= 46. 생식 세포는 염색체 수의 절반을 포함합니다. 싱글인가요, 아니면 반수체, 키트. 남자 1에서 N = 23.

생식 세포의 염색체와 달리 체세포의 모든 염색체는 쌍을 이룹니다. 한 쌍을 구성하는 염색체는 서로 동일합니다. 쌍을 이루는 염색체를 동종... 에 속하는 염색체 다른 커플모양과 크기가 다릅니다. 비상동(그림 8).

일부 종에서는 염색체 수가 동일할 수 있습니다. 예를 들어, 붉은 클로버와 종자 완두콩에는 2가 있습니다. N= 14. 그러나 그들의 염색체는 모양, 크기, DNA 분자의 뉴클레오티드 구성이 다릅니다.

쌀. 8. 초파리 세포의 염색체 세트.

쌀. 9. 염색체의 구조.

유전 정보 전달에서 염색체의 역할을 이해하려면 구조와 화학적 구성에 대해 알아야 합니다.

분열하지 않는 세포의 염색체는 길고 가는 필라멘트처럼 보입니다. 세포 분열 전의 각 염색체는 두 개의 동일한 가닥으로 구성됩니다. 염색분체, 수축의 갈비뼈 사이에 연결됩니다 - (그림 9).

염색체는 DNA와 단백질로 구성됩니다. DNA의 염기 구성이 다르기 때문에 다른 유형, 염색체의 구성은 각 종마다 고유합니다.

박테리아 세포를 제외한 각 세포에는 핵소체와 염색체를 포함하는 핵이 있습니다. 각 종은 수, 모양 및 크기와 같은 특정 염색체 세트가 특징입니다. 대부분의 유기체의 체세포에서 염색체 세트는 이배체이고 생식 세포에서는 반수체입니다. 쌍을 이루는 염색체를 상동이라고 합니다. 염색체는 DNA와 단백질로 구성됩니다. DNA 분자는 세포에서 세포로, 유기체에서 유기체로 유전 정보의 저장 및 전달을 제공합니다.

이러한 주제를 통해 작업한 후에는 다음을 수행할 수 있어야 합니다.

1. 어떤 경우에 광학현미경(구조), 투과전자현미경을 사용해야 하는지 설명하시오.
2. 세포막의 구조를 설명하고 세포막의 구조와 세포와 환경 사이의 물질 교환 능력 사이의 관계를 설명합니다.
3. 프로세스 정의: 확산, 촉진 확산, 능동 수송, 세포내이입, 세포외이입 및 삼투. 이러한 프로세스 간의 차이점을 지적하십시오.
4. 구조의 기능을 명명하고 어떤 세포(식물, 동물 또는 원핵생물)에 위치하는지 표시하십시오: 핵, 핵막, 핵질, 염색체, 원형질막, 리보솜, 미토콘드리아, 세포벽, 엽록체, 액포, 리소솜, 평활 소포체( agranular) 및 거친 (과립), 세포 중심, Golgi기구, 섬모, 편모, mesosome, pili 또는 fimbria.
5. 식물 세포를 동물과 구별할 수 있는 기호를 세 가지 이상 말하십시오.
6. 원핵 세포와 진핵 세포의 주요 차이점을 나열하십시오.

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "일반생물학". 모스크바, "교육", 2000

• 주제 1. "플라즈마 막." §1, §8 p.5, 20
• 주제 2. "세포." §8-10 p.20-30
• 주제 3. "원핵 세포. 바이러스." §11 pp. 31-34

세포막

세포의 구조적 조직은 구조의 막 원리에 기초합니다. 즉, 세포는 주로 막으로 구성됩니다. 모든 생체막에는 공통 구조적 특징및 속성.

현재 일반적으로 허용되는 멤브레인 구조의 액체 모자이크 모델입니다.

막은 주로 형성된 지질 이중층을 기반으로합니다. 인지질... 지질 평균 ≈40% 화학적 구성 요소막. 이중층에서 멤브레인의 분자 꼬리는 서로 마주보고 극성 머리는 바깥쪽으로 향하므로 멤브레인 표면은 친수성입니다. 지질은 막의 기본 특성을 결정합니다.

지질 외에도 막에는 단백질이 포함되어 있습니다(평균 ≈60%). 그들은 막의 대부분의 특정 기능을 결정합니다. 단백질 분자는 연속적인 층을 형성하지 않습니다(그림 280). 막의 위치에 따라 다음이 있습니다.

© 말초 단백질- 바깥쪽에 위치한 단백질 또는 내면지질 이중층;

© 반 통합 단백질- 다른 깊이에서 지질 이중층에 잠긴 단백질;

© 완전한, 또는 막 횡단 단백질 -세포의 외부 및 내부 환경과 접촉하여 막을 통과하여 통과하는 단백질.

막 단백질은 다양한 기능을 수행할 수 있습니다.

© 특정 분자의 수송;

© 막에서 일어나는 반응의 촉매작용;

© 막 구조의 유지;

© 환경에서 신호를 수신하고 변환합니다.

막은 2~10%의 탄수화물을 함유할 수 있습니다. 막의 탄수화물 성분은 일반적으로 단백질 분자(당단백질) 또는 지질(당지질)과 관련된 올리고당 또는 다당류 사슬로 표시됩니다. 기본적으로 탄수화물은 외부 표면막. 세포막 탄수화물의 기능은 완전히 이해되지는 않았지만 세포막의 수용체 기능을 제공한다고 말할 수 있습니다.

동물 세포에서 당단백질은 상막 복합체를 형성합니다. 글리코칼릭스수십 나노미터의 두께로 세포 외 소화가 일어나고 많은 세포 수용체가 위치하며 그 도움으로 분명히 세포 접착이 발생합니다.

단백질과 지질 분자는 움직일 수 있고 움직일 수 있습니다. , 주로 멤브레인의 평면에서. 멤브레인은 비대칭 , 즉, 막의 외부 및 내부 표면의 지질 및 단백질 구성이 다릅니다.

원형질막의 두께는 평균 7.5nm입니다.

막의 주요 기능 중 하나는 세포와 외부 환경 간의 물질 교환을 보장하는 수송입니다. 막은 선택적 투과성의 특성을 가지고 있습니다. 즉, 일부 물질이나 분자에는 잘 투과되고 다른 것들은 투과성이 낮습니다(또는 완전히 불투과성). 에 대한 멤브레인의 투과성 다른 물질분자의 특성(극성, 크기 등)과 막의 특성(지질층의 내부는 소수성임)에 따라 다릅니다.

막을 가로질러 물질을 운반하는 다양한 메커니즘이 있습니다(그림 281). 물질 운송에 에너지를 사용해야 할 필요성에 따라 다음이 있습니다.

© 수동 전송- 에너지 소비 없이 물질 운송;

© 능동 수송- 에너지 소비로 운송.

수동 수송은 농도와 전하의 차이를 기반으로 합니다. 수동 수송에서 물질은 항상 농도가 더 높은 영역에서 더 낮은 영역으로, 즉 농도 구배를 따라 이동합니다. 분자가 전하를 띠면 전기 구배도 수송에 영향을 미칩니다. 따라서 두 구배를 함께 결합하는 전기화학적 구배에 대해 이야기하는 경우가 많습니다. 전송 속도는 기울기의 크기에 따라 다릅니다.

세 가지 주요 수동 전송 메커니즘이 있습니다.

© 단순확산- 지질 이중층을 통한 물질의 직접 수송. 기체, 비극성 또는 전하를 띠지 않는 작은 극성 분자는 쉽게 통과합니다. 분자가 작을수록 지용성이 높을수록 막을 통과하는 속도가 빨라집니다. 흥미롭게도 물은 지방에 비교적 불용성이지만 지질 이중층에 매우 빠르게 침투합니다. 분자가 작고 전기적으로 중성이기 때문입니다. 막을 통한 물의 확산을 삼투.

© 촉진 확산- 특수장비를 이용한 물질운반

수송 단백질, 각각은 특정 분자 또는 관련 분자 그룹의 수송을 담당합니다. 그들은 운반 물질의 분자와 상호 작용하고 어떤 식 으로든 막을 가로 질러 움직입니다. 따라서 당, 아미노산, 뉴클레오티드 및 기타 많은 극성 분자가 세포로 운반됩니다.

능동 수송의 필요성은 전기화학적 구배에 대해 막을 가로질러 분자의 이동을 보장해야 할 때 발생합니다. 이 수송은 운반체 단백질에 의해 수행되며, 그 활동에는 에너지 소비가 필요합니다. ATP 분자는 에너지원 역할을 합니다.

가장 많이 연구된 능동 수송 시스템 중 하나는 나트륨-칼륨 펌프입니다. 세포 내부의 K 농도는 세포 외부보다 훨씬 높지만 Na는 그 반대입니다. 따라서 K는 세포막의 수공을 통해 세포에서 수동적으로 확산되고 Na는 세포로 확산됩니다. 동시에 세포의 정상적인 기능을 위해서는 세포질과 외부 환경에서 K와 Na 이온의 특정 비율을 유지하는 것이 중요합니다. 이것은 (Na + K) 펌프의 존재로 인해 멤브레인이 세포에서 Na를 활발하게 펌핑하고 K를 세포로 펌핑하기 때문에 가능합니다. (Na + K) 펌프의 작동은 세포의 중요한 활동에 필요한 모든 에너지의 거의 1/3을 소비합니다.

펌프는 구조적 변화가 가능한 특별한 막횡단 단백질로 K 이온과 Na 이온을 모두 결합할 수 있습니다. (Na + K) 펌프의 작동 주기는 여러 단계로 구성됩니다(그림 282).

© 막의 안쪽에서 Na 이온과 ATP 분자가 펌프 단백질로 들어가고 바깥 쪽에서 K 이온으로 들어갑니다.

© Na 이온은 단백질 분자와 결합하고 단백질은 ATP-ase 활성을 얻습니다. 즉, 펌프를 구동하는 에너지의 방출과 함께 ATP의 가수분해를 일으키는 능력을 얻습니다.

© ATP의 가수분해 동안 방출된 인산염은 단백질에 부착됩니다. 즉, 단백질은 인산화됩니다.

© 인산화는 단백질의 구조적 변화를 일으키고 Na 이온을 유지할 수 없는 것으로 판명되었습니다.

© 단백질의 새로운 형태는 그것에 K 이온을 부착하는 것이 가능하다.

© K 이온의 부착은 단백질의 탈인산화를 일으키고 그 결과 단백질의 구조가 다시 변경됩니다.

© 단백질 형태의 변화는 세포 내부의 K 이온 방출로 이어진다.

© 단백질은 이제 Na 이온을 자신에 부착할 준비가 되었습니다.

한 사이클의 작동에서 펌프는 세포에서 3개의 Na 이온을 펌핑하고 2개의 K 이온을 펌핑하는데, ​​이러한 운반 이온량의 차이는 K 이온의 막 투과성이 Na 이온보다 높기 때문입니다. . 따라서 K는 Na보다 세포에서 세포로 더 빠르게 수동적으로 확산됩니다.

© pinocytosis - 액체 방울에 용해된 물질을 포착하고 흡수하는 과정.

엑소사이토시스- 세포에서 다양한 물질을 제거하는 과정. 엑소 사이토 시스 동안 외부 세포질 막과 접촉하는 소포 (또는 액포)의 막이 합쳐집니다. 소포의 내용물은 노치 외부에서 제거되고 그 막은 외부 세포질 막에 포함됩니다.