Šūnu membrāna ir īpaši plāna plēve uz šūnas vai šūnu organellas virsmas, kas sastāv no bimolekulāra lipīdu slāņa ar iegultiem proteīniem un polisaharīdiem.

Membrānas funkcijas:

• · Barjers – nodrošina regulētu, selektīvu, pasīvu un aktīvu vielmaiņu ar vidi. Piemēram, peroksisomu membrāna aizsargā citoplazmu no peroksīdiem, kas ir bīstami šūnai. Selektīva caurlaidība nozīmē, ka membrānas caurlaidība pret dažādiem atomiem vai molekulām ir atkarīga no to lieluma, elektriskais lādiņš Un ķīmiskās īpašības. Selektīvā caurlaidība nodrošina, ka šūna un šūnu nodalījumi tiek atdalīti no apkārtējās vides un tiek apgādāti ar nepieciešamajām vielām.
• · Transports – vielu transportēšana šūnā un ārā no tās notiek caur membrānu. Transports caur membrānām nodrošina: barības vielu piegādi, vielmaiņas galaproduktu izvadīšanu, sekrēciju dažādas vielas, veidojot jonu gradientus, saglabājot optimālu pH un jonu koncentrāciju šūnā, kas nepieciešamas šūnu enzīmu funkcionēšanai. Daļiņas, kuras jebkāda iemesla dēļ nespēj šķērsot fosfolipīdu divslāni (piemēram, hidrofilo īpašību dēļ, jo iekšpusē esošā membrāna ir hidrofoba un neļauj hidrofilām vielām iziet cauri, vai to lielā izmēra dēļ), bet ir nepieciešamas šūnai , var iekļūt membrānā caur īpašiem nesējproteīniem (transporteriem) un kanālu proteīniem vai ar endocitozi. Pasīvā transportā vielas šķērso lipīdu divslāni, neiztērējot enerģiju pa koncentrācijas gradientu difūzijas ceļā. Šī mehānisma variants ir atvieglota difūzija, kurā noteikta molekula palīdz vielai iziet cauri membrānai. Šai molekulai var būt kanāls, kas ļauj iziet cauri tikai viena veida vielām. Aktīvajam transportam ir nepieciešama enerģija, jo tas notiek pret koncentrācijas gradientu. Uz membrānas ir īpaši sūkņa proteīni, tostarp ATPāze, kas aktīvi sūknē kālija jonus (K +) šūnā un izsūknē no tās nātrija jonus (Na +).
• · matrica - nodrošina membrānas proteīnu noteiktu relatīvo stāvokli un orientāciju, to optimālo mijiedarbību.
• · mehāniski – nodrošina šūnas autonomiju, tās intracelulārās struktūras, kā arī saikni ar citām šūnām (audos). Šūnu sieniņām ir liela nozīme mehāniskās funkcijas nodrošināšanā, bet dzīvniekiem – starpšūnu vielai.
• · enerģija - fotosintēzes laikā hloroplastos un šūnu elpošanā mitohondrijās to membrānās darbojas enerģijas pārneses sistēmas, kurās piedalās arī olbaltumvielas;
• · receptors - daži proteīni, kas atrodas membrānā, ir receptori (molekulas, ar kuru palīdzību šūna uztver noteiktus signālus). Piemēram, hormoni, kas cirkulē asinīs, iedarbojas tikai uz mērķa šūnām, kurām ir šiem hormoniem atbilstoši receptori. Neirotransmiteri ( ķīmiskās vielas, nodrošinot nervu impulsu vadīšanu) arī saistās ar mērķa šūnu īpašiem receptoru proteīniem.
• · fermentatīvie – membrānas proteīni bieži vien ir fermenti. Piemēram, zarnu epitēlija šūnu plazmas membrānas satur gremošanas enzīmus.
• · biopotenciālu ģenerēšanas un vadīšanas īstenošana. Ar membrānas palīdzību šūnā tiek uzturēta nemainīga jonu koncentrācija: K + jona koncentrācija šūnā ir daudz augstāka nekā ārpusē, un Na + koncentrācija ir daudz zemāka, kas ir ļoti svarīgi, jo tas nodrošina potenciālu starpības saglabāšanu uz membrānas un nervu impulsa veidošanos.
• · šūnu marķēšana – uz membrānas ir antigēni, kas darbojas kā marķieri – “etiķetes”, kas ļauj identificēt šūnu. Tie ir glikoproteīni (tas ir, olbaltumvielas ar tiem pievienotām sazarotām oligosaharīdu sānu ķēdēm), kas spēlē "antenu" lomu. Sānu ķēžu neskaitāmo konfigurāciju dēļ ir iespējams izveidot īpašu marķieri katram šūnu tipam. Ar marķieru palīdzību šūnas var atpazīt citas šūnas un darboties ar tām saskaņoti, piemēram, veidojot orgānus un audus. Tas arī ļauj imūnsistēma atpazīst svešus antigēnus.

Dažas olbaltumvielu molekulas brīvi izkliedējas lipīdu slāņa plaknē; normālā stāvoklī olbaltumvielu molekulu daļas, kas parādās dažādās šūnas membrānas pusēs, nemaina savu stāvokli.

Šūnu membrānu īpašā morfoloģija nosaka to elektriskās īpašības, starp kuriem vissvarīgākie ir kapacitāte un vadītspēja.

Kapacitatīvās īpašības galvenokārt nosaka fosfolipīdu divslānis, kas ir necaurlaidīgs hidratētiem joniem un tajā pašā laikā pietiekami plāns (apmēram 5 nm), lai nodrošinātu efektīvu lādiņu atdalīšanu un uzglabāšanu, kā arī katjonu un anjonu elektrostatisko mijiedarbību. Turklāt šūnu membrānu kapacitatīvās īpašības ir viens no iemesliem, kas nosaka laika raksturlielumus elektriskie procesi plūst uz šūnu membrānām.

Vadītspēja (g) -- abpusēja elektriskā pretestība un vienāds ar kopējās transmembrānas strāvas attiecību konkrētam jonam pret vērtību, kas noteica tā transmembrānas potenciāla starpību.

Caur fosfolipīdu divslāni var izkliedēties dažādas vielas, un caurlaidības pakāpe (P), t.i., šūnu membrānas spēja iziet šīs vielas, ir atkarīga no difundējošās vielas koncentrācijas atšķirības abās membrānas pusēs, tās šķīdības. lipīdos un šūnu membrānas īpašībās. Uzlādētu jonu difūzijas ātrumu nemainīga lauka apstākļos membrānā nosaka jonu kustīgums, membrānas biezums un jonu sadalījums membrānā. Neelektrolītiem membrānas caurlaidība neietekmē tās vadītspēju, jo neelektrolīti nenes lādiņus, t.i., tie nevar pārvadāt elektrisko strāvu.

Membrānas vadītspēja ir tās jonu caurlaidības mērs. Vadītspējas palielināšanās norāda uz to jonu skaita palielināšanos, kas iet caur membrānu.

Svarīga bioloģisko membrānu īpašība ir plūstamība. Visas šūnu membrānas ir mobilas šķidruma struktūras: lielākā daļa to lipīdu un olbaltumvielu molekulu spēj diezgan ātri pārvietoties membrānas plaknē.

Nav noslēpums, ka visas dzīvās būtnes uz mūsu planētas sastāv no šūnām, šīm neskaitāmajām "" organiskajām vielām. Šūnas savukārt ieskauj īpašs aizsargapvalks – membrāna, kurai ir ļoti svarīga loma šūnas dzīvē, un šūnas membrānas funkcijas neaprobežojas tikai ar šūnas aizsardzību, bet gan pārstāv ārkārtīgi sarežģīts mehānisms, kas piedalās reprodukcijā, uzturā un šūnu atjaunošanā.

Kas ir šūnu membrāna

Pats vārds “membrāna” no latīņu valodas tiek tulkots kā “plēve”, lai gan membrāna nav tikai sava veida plēve, kurā ir ietīta šūna, bet gan divu plēvju kombinācija, kas savienotas viena ar otru un kurām ir dažādas īpašības. Faktiski šūnu membrāna ir trīs slāņu lipoproteīnu (tauku-olbaltumvielu) membrāna, kas atdala katru šūnu no blakus esošajām šūnām un vides un veic kontrolētu apmaiņu starp šūnām un vidi, šī ir šūnu membrānas akadēmiskā definīcija. ir.

Membrānas nozīme ir vienkārši milzīga, jo tā ne tikai atdala vienu šūnu no otras, bet arī nodrošina šūnas mijiedarbību gan ar citām šūnām, gan apkārtējo vidi.

Šūnu membrānu izpētes vēsture

Svarīgu ieguldījumu šūnu membrānas izpētē sniedza divi vācu zinātnieki Gorters un Grendels tālajā 1925. gadā. Toreiz viņiem izdevās veikt sarežģītu bioloģisku eksperimentu ar sarkanajām asins šūnām - eritrocītiem, kura laikā zinātnieki ieguva tā sauktās “ēnas”, tukšas eritrocītu čaulas, kuras salika vienā kaudzē un izmēra virsmas laukumu, kā arī aprēķināja. lipīdu daudzums tajos. Pamatojoties uz iegūto lipīdu daudzumu, zinātnieki nonāca pie secinājuma, ka tie ir precīzi ietverti šūnas membrānas dubultajā slānī.

1935. gadā cits šūnu membrānu pētnieku pāris, šoreiz amerikāņi Daniels un Dosons, pēc vairākiem ilgiem eksperimentiem noteica olbaltumvielu saturu šūnu membrānā. Nevarēja citādi izskaidrot, kāpēc membrānai bija tik augsts virsmas spraigums. Zinātnieki gudri prezentējuši šūnu membrānas modeli sviestmaizes formā, kurā maizes lomu pilda viendabīgi lipīdu-proteīnu slāņi, un starp tiem eļļas vietā ir tukšums.

1950. gadā līdz ar elektronikas parādīšanos Daniela un Dosona teorija tika apstiprināta ar praktiskiem novērojumiem - šūnu membrānas mikrogrāfijās bija skaidri redzami lipīdu un proteīnu galviņu slāņi un arī tukšā telpa starp tām.

1960. gadā amerikāņu biologs J. Robertsons izstrādāja teoriju par šūnu membrānu trīsslāņu struktūru, kas uz ilgu laiku tika uzskatīts par vienīgo patieso, taču, attīstoties zinātnei, sāka rasties šaubas par tās nekļūdīgumu. Tātad, piemēram, no viedokļa, šūnām būtu grūti un darbietilpīgi transportēt nepieciešamās barības vielas caur visu “sviestmaizi”

Un tikai 1972. gadā amerikāņu biologi S. Singers un G. Nikolsons spēja izskaidrot Robertsona teorijas neatbilstības, izmantojot jaunu šūnu membrānas šķidruma mozaīkas modeli. Jo īpaši viņi atklāja, ka šūnu membrāna savā sastāvā nav viendabīga, turklāt tā ir asimetriska un piepildīta ar šķidrumu. Turklāt šūnas atrodas pastāvīgā kustībā. Un bēdīgi slavenajiem proteīniem, kas ir daļa no šūnu membrānas, ir dažādas struktūras un funkcijas.

Šūnu membrānas īpašības un funkcijas

Tagad apskatīsim, kādas funkcijas veic šūnu membrāna:

Šūnas membrānas barjerfunkcija ir membrāna kā īsta robežsarga, kas stāv sardzē pār šūnas robežām, aizkavē un neļauj iziet cauri kaitīgām vai vienkārši nepiemērotām molekulām.

Šūnu membrānas transporta funkcija - membrāna ir ne tikai robežsargs pie kameras vārtiem, bet arī sava veida muitas kontrolpunkts, kas pastāvīgi iet cauri tam noderīgas vielas ar citām šūnām un vidi.

Matricas funkcija - tā ir šūnu membrāna, kas nosaka atrašanās vietu viena pret otru un regulē mijiedarbību starp tām.

Mehāniskā funkcija - atbild par vienas šūnas ierobežošanu no otras un paralēli par pareizu šūnu savienošanu savā starpā, par to veidošanu viendabīgos audos.

Šūnas membrānas aizsargfunkcija ir pamats šūnas aizsargvairoga veidošanai. Dabā šīs funkcijas piemērs var būt ciets koks, blīva miza, aizsargapvalks, un tas viss ir saistīts ar membrānas aizsargfunkciju.

Enzīmu funkcija ir vēl viena svarīga funkcija, ko veic noteikti šūnas proteīni. Piemēram, pateicoties šai funkcijai, gremošanas enzīmu sintēze notiek zarnu epitēlijā.

Papildus tam visam caur šūnu membrānu notiek šūnu apmaiņa, kas var notikt trīs dažādās reakcijās:

• Fagocitoze ir šūnu apmaiņa, kurā membrānā iestrādātās fagocītu šūnas uztver un sagremo dažādas barības vielas.
• Pinocitoze ir process, kurā šūnu membrāna uztver šķidrās molekulas, kas saskaras ar to. Lai to izdarītu, uz membrānas virsmas tiek izveidotas īpašas ūsiņas, kas, šķiet, ieskauj šķidruma pilienu, veidojot burbuli, ko pēc tam membrāna “norij”.
• Eksocitoze ir apgrieztais process kad šūna caur membrānu izdala sekrēcijas funkcionālo šķidrumu uz virsmu.

Šūnu membrānas uzbūve

Šūnu membrānā ir trīs lipīdu klases:

• fosfolipīdi (kas ir tauku un fosfora kombinācija),
• glikolipīdi (tauku un ogļhidrātu kombinācija),
• holesterīns.

Savukārt fosfolipīdi un glikolipīdi sastāv no hidrofilas galvas, kurā iestiepjas divas garas hidrofobas astes. Holesterīns aizņem vietu starp šīm astēm, neļaujot tām saliekties, dažos gadījumos dažu šūnu membrānu padara ļoti stingru. Papildus tam visam holesterīna molekulas organizē šūnu membrānas struktūru.

Taču, lai kā arī būtu, svarīgākā šūnas membrānas struktūras daļa ir olbaltumvielas, pareizāk sakot, dažādi proteīni, kuriem ir dažādas svarīgas lomas. Neskatoties uz membrānā esošo olbaltumvielu daudzveidību, ir kaut kas, kas tos vieno – gredzenveida lipīdi atrodas ap visiem membrānas proteīniem. Gredzenveida lipīdi ir īpaši strukturēti tauki, kas kalpo kā sava veida proteīnu aizsargapvalks, bez kura tie vienkārši nedarbotos.

Šūnas membrānas struktūrai ir trīs slāņi: šūnas membrānas pamats ir viendabīgs šķidrs bilipīda slānis. Olbaltumvielas pārklāj to no abām pusēm kā mozaīku. Tieši olbaltumvielas papildus iepriekš aprakstītajām funkcijām spēlē arī savdabīgu kanālu lomu, pa kuriem caur membrānu iziet vielas, kas nespēj iekļūt caur membrānas šķidro slāni. Tajos ietilpst, piemēram, kālija un nātrija joni, lai tie iekļūtu caur membrānu, šūnu membrānās nodrošina īpašus jonu kanālus. Citiem vārdiem sakot, proteīni nodrošina šūnu membrānu caurlaidību.

Ja mēs skatāmies uz šūnas membrānu caur mikroskopu, mēs redzēsim lipīdu slāni, ko veido mazas sfēriskas molekulas, uz kurām proteīni peld kā pa jūru. Tagad jūs zināt, kādas vielas veido šūnu membrānu.

Šūnu membrānas video

Un visbeidzot izglītojošs video par šūnu membrānu.

9.5.1. Viena no galvenajām membrānu funkcijām ir līdzdalība vielu pārnesē. Šis process tiek panākts, izmantojot trīs galvenos mehānismus: vienkāršu difūziju, atvieglotu difūziju un aktīvo transportu (9.10. attēls). Atcerieties svarīgākās funkcijas par šiem mehānismiem un katrā gadījumā transportējamo vielu piemēriem.

9.10. attēls. Molekulu transportēšanas mehānismi cauri membrānai

Vienkārša difūzija- vielu pārnešana caur membrānu bez līdzdalības īpaši mehānismi. Transportēšana notiek pa koncentrācijas gradientu bez enerģijas patēriņa. Ar vienkāršu difūziju tiek transportētas mazas biomolekulas - H2O, CO2, O2, urīnviela, hidrofobas mazmolekulāras vielas. Vienkāršās difūzijas ātrums ir proporcionāls koncentrācijas gradientam.

Atvieglota difūzija- vielu pārvietošana cauri membrānai, izmantojot olbaltumvielu kanālus vai īpašus nesējproteīnus. To veic pa koncentrācijas gradientu bez enerģijas patēriņa. Tiek transportēti monosaharīdi, aminoskābes, nukleotīdi, glicerīns un daži joni. Piesātinājuma kinētika ir raksturīga - pie noteiktas (piesātinājuma) transportējamās vielas koncentrācijas pārnesē piedalās visas nesēja molekulas un transportēšanas ātrums sasniedz maksimālo vērtību.

Aktīvs transports- nepieciešama arī īpašu transporta proteīnu līdzdalība, bet transportēšana notiek pret koncentrācijas gradientu un tāpēc prasa enerģijas patēriņu. Izmantojot šo mehānismu, caur šūnu membrānu tiek transportēti Na+, K+, Ca2+, Mg2+ joni, bet caur mitohondriju membrānu tiek transportēti protoni. Vielu aktīvo transportu raksturo piesātinājuma kinētika.

9.5.2. Transportēšanas sistēmas piemērs, kas veic aktīvo jonu transportēšanu, ir Na+,K+-adenozīntrifosfatāze (Na+,K+-ATPāze vai Na+,K+-sūknis). Šis proteīns atrodas dziļi plazmas membrānā un spēj katalizēt ATP hidrolīzes reakciju. Enerģija, kas izdalās 1 ATP molekulas hidrolīzes laikā, tiek izmantota 3 Na+ jonu pārnešanai no šūnas uz ārpusšūnu telpu un 2 K+ jonus pretējā virzienā (9.11. attēls). Na+,K+-ATPāzes darbības rezultātā veidojas koncentrācijas atšķirība starp šūnas citozolu un ārpusšūnu šķidrumu. Tā kā jonu pārnese nav līdzvērtīga, rodas atšķirība elektriskie potenciāli. Tādējādi rodas elektroķīmiskais potenciāls, kas sastāv no elektrisko potenciālu starpības enerģijas Δφ un vielu koncentrācijas starpības enerģijas ΔC abās membrānas pusēs.

9.11. attēls. Na+, K+ sūkņa diagramma.

9.5.3. Daļiņu un augstas molekulmasas savienojumu transportēšana caur membrānām

Paralēli organisko vielu un jonu transportēšanai, ko veic nesēji, šūnā darbojas ļoti īpašs mehānisms, kas paredzēts, lai šūnā absorbētu lielmolekulāros savienojumus un, mainot biomembrānas formu, izņemtu no tās augstmolekulāros savienojumus. Šo mehānismu sauc vezikulārais transports.

9.12. attēls. Vezikulārā transporta veidi: 1 - endocitoze; 2 - eksocitoze.

Makromolekulu pārneses laikā notiek secīga membrānu ieskautu pūslīšu (vezikulu) veidošanās un saplūšana. Pamatojoties uz transportēšanas virzienu un transportējamo vielu raksturu, izšķir šādus vezikulārā transporta veidus:

Endocitoze(9.12. attēls, 1) - vielu pārvietošana šūnā. Atkarībā no iegūto pūslīšu lieluma tos izšķir:

A) pinocitoze — šķidro un izšķīdušo makromolekulu (olbaltumvielu, polisaharīdu, nukleīnskābju) absorbcija, izmantojot mazus burbuļus (150 nm diametrā);

b) fagocitoze — lielu daļiņu, piemēram, mikroorganismu vai šūnu atlieku, absorbcija. Šajā gadījumā veidojas lieli pūslīši, ko sauc par fagosomām, kuru diametrs pārsniedz 250 nm.

Pinocitoze ir raksturīga lielākajai daļai eikariotu šūnu, savukārt lielas daļiņas absorbē specializētās šūnas - leikocīti un makrofāgi. Pirmajā endocitozes stadijā vielas vai daļiņas tiek adsorbētas uz membrānas virsmas, šis process notiek bez enerģijas patēriņa. Nākamajā posmā membrāna ar adsorbēto vielu padziļinās citoplazmā; radušās lokālās plazmas membrānas invaginācijas tiek atdalītas no šūnas virsmas, veidojot pūslīšus, kas pēc tam migrē šūnā. Šis process ir savienots ar mikrošķiedru sistēmu un ir atkarīgs no enerģijas. Pūslīši un fagosomas, kas nonāk šūnā, var saplūst ar lizosomām. Lizosomās esošie enzīmi sadala vezikulās un fagosomās esošās vielas zemas molekulmasas produktos (aminoskābēs, monosaharīdos, nukleotīdos), kas tiek transportēti citozolā, kur tos var izmantot šūna.

Eksocitoze(9.12., 2. attēls) - daļiņu un lielu savienojumu pārnešana no šūnas. Šis process, tāpat kā endocitoze, notiek ar enerģijas absorbciju. Galvenie eksocitozes veidi ir:

A) sekrēciju - ūdenī šķīstošo savienojumu izvadīšana no šūnas, kas tiek lietoti vai ietekmē citas ķermeņa šūnas. Var veikt gan nespecializētas šūnas, gan endokrīno dziedzeru šūnas, gļotādas kuņģa-zarnu traktā, pielāgoti to ražoto vielu (hormoni, neirotransmiteri, proenzīmi) sekrēcijai atkarībā no organisma specifiskajām vajadzībām.

Izdalītās olbaltumvielas tiek sintezētas uz ribosomām, kas saistītas ar raupjā endoplazmatiskā tīkla membrānām. Pēc tam šīs olbaltumvielas tiek transportētas uz Golgi aparātu, kur tās tiek modificētas, koncentrētas, šķirotas un pēc tam iepakotas pūslīšos, kuras tiek izlaistas citozolā un pēc tam saplūst ar plazmas membrānu tā, ka pūslīšu saturs atrodas ārpus šūnas.

Atšķirībā no makromolekulām, mazas izdalītās daļiņas, piemēram, protoni, tiek transportētas no šūnas, izmantojot atvieglotas difūzijas un aktīvās transportēšanas mehānismus.

b) izdalīšanos - neizmantojamo vielu izņemšana no šūnas (piemēram, eritropoēzes laikā no retikulocītiem izņem tīklveida vielu, kas ir agregētas organellu atliekas). Šķiet, ka izdalīšanās mehānisms ir tāds, ka izdalītās daļiņas sākotnēji tiek ieslodzītas citoplazmas pūslī, kas pēc tam saplūst ar plazmas membrānu.

Lielākā daļa uz Zemes dzīvojošo organismu sastāv no šūnām, kuru ķīmiskais sastāvs, struktūra un dzīvībai svarīgas funkcijas ir ļoti līdzīgas. Metabolisms un enerģijas pārveide notiek katrā šūnā. Šūnu dalīšanās ir organismu augšanas un vairošanās procesu pamatā. Tādējādi šūna ir organismu struktūras, attīstības un vairošanās vienība.

Šūna var pastāvēt tikai kā vienota sistēma, kas nav sadalāma daļās. Šūnu integritāti nodrošina bioloģiskās membrānas. Šūna ir augstāka ranga sistēmas elements – organisms. Šūnas daļas un organoīdi, kas sastāv no sarežģītām molekulām, ir pilnīgas sistēmas zemāks rangs.

Būris - atvērta sistēma, kas saistīti ar vidi, vielmaiņu un enerģiju. Tā ir funkcionāla sistēma, kurā katra molekula veic noteiktas funkcijas. Šūnai piemīt stabilitāte, spēja pašregulēties un pašvairot.

Šūna ir pašpārvaldes sistēma. Šūnas kontrolējošo ģenētisko sistēmu attēlo sarežģītas makromolekulas - nukleīnskābes(DNS un RNS).

1838.-1839.gadā Vācu biologi M. Šleidens un T. Švāns apkopoja zināšanas par šūnu un formulēja šūnu teorijas galveno nostāju, kuras būtība ir tāda, ka visi organismi, gan augu, gan dzīvnieku, sastāv no šūnām.

1859. gadā R. Virčovs aprakstīja šūnu dalīšanās procesu un formulēja vienu no svarīgākajiem šūnu teorijas noteikumiem: "Katra šūna nāk no citas šūnas." Jaunas šūnas veidojas mātes šūnas dalīšanās rezultātā, nevis no ne-šūnu vielas, kā tika uzskatīts iepriekš.

Krievu zinātnieka K. Bēra 1826. gadā atklājot zīdītāju olas, tika secināts, ka šūna ir daudzšūnu organismu attīstības pamatā.

Mūsdienu šūnu teorija ietver šādus noteikumus:

1) šūna - visu organismu struktūras un attīstības vienība;

2) organismu šūnas no dažādām dzīvās dabas valstībām ir līdzīgas pēc uzbūves, ķīmiskā sastāva, vielmaiņas un dzīvības darbības pamata izpausmēm;

3) mātes šūnas dalīšanās rezultātā veidojas jaunas šūnas;

4) daudzšūnu organismā šūnas veido audus;

5) orgānus veido audi.

Ar ievadu bioloģijā mūsdienu bioloģisko, fizisko un ķīmiskās metodes Pētījumi ļāvuši izpētīt dažādu šūnu komponentu uzbūvi un darbību. Viena no šūnu izpētes metodēm ir mikroskopija. Mūsdienu gaismas mikroskops palielina objektus 3000 reižu un ļauj redzēt lielākās šūnu organellas, novērot citoplazmas kustību un šūnu dalīšanos.

Izgudrots 40. gados. XX gadsimts Elektronu mikroskops sniedz palielinājumu desmitiem un simtiem tūkstošu reižu. Elektronu mikroskopā gaismas vietā tiek izmantota elektronu plūsma, bet lēcu vietā - elektromagnētiskie lauki. Tāpēc elektronu mikroskops rada skaidrus attēlus ar daudz lielāku palielinājumu. Izmantojot šādu mikroskopu, bija iespējams izpētīt šūnu organellu uzbūvi.

Izmantojot metodi, tiek pētīta šūnu organellu struktūra un sastāvs centrifugēšana. Sasmalcinātus audus ar iznīcinātām šūnu membrānām ievieto mēģenēs un pagriež centrifūgā lielā ātrumā. Metode ir balstīta uz faktu, ka dažādiem šūnu organoīdiem ir atšķirīga masa un blīvums. Blīvākas organellas tiek nogulsnētas mēģenē ar zemu centrifugēšanas ātrumu, mazāk blīvas - ar lielu ātrumu. Šie slāņi tiek pētīti atsevišķi.

Plaši izmantots šūnu un audu kultūras metode, kas sastāv no tā, ka no vienas vai vairākām šūnām uz speciālas barotnes var iegūt viena veida dzīvnieku vai augu šūnu grupu un izaudzēt pat veselu augu. Izmantojot šo metodi, var iegūt atbildi uz jautājumu, kā no vienas šūnas veidojas dažādi ķermeņa audi un orgāni.

Šūnu teorijas pamatprincipus pirmie formulēja M. Šleidens un T. Švāns. Šūna ir visu dzīvo organismu struktūras, dzīvībai svarīgās aktivitātes, vairošanās un attīstības vienība. Šūnu pētīšanai izmanto mikroskopijas metodes, centrifugēšanu, šūnu un audu kultūru u.c.

Sēņu, augu un dzīvnieku šūnām ir daudz kopīga ne tikai ķīmiskajā sastāvā, bet arī struktūrā. Pārbaudot šūnu mikroskopā, tajā ir redzamas dažādas struktūras - organoīdi. Katra organelle veic noteiktas funkcijas. Šūnā ir trīs galvenās daļas: plazmas membrāna, kodols un citoplazma (1. attēls).

Plazmas membrāna atdala šūnu un tās saturu no apkārtējās vides. 2. attēlā redzams: membrānu veido divi lipīdu slāņi, un olbaltumvielu molekulas iekļūst membrānas biezumā.

Plazmas membrānas galvenā funkcija transports. Tas nodrošina barības vielu ieplūšanu šūnā un vielmaiņas produktu izvadīšanu no tās.

Svarīga membrānas īpašība ir selektīva caurlaidība, vai daļēji caurlaidība, ļauj šūnai mijiedarboties ar vidi: tajā iekļūst un no tās tiek izņemtas tikai noteiktas vielas. Mazas ūdens molekulas un dažas citas vielas iekļūst šūnā difūzijas ceļā, daļēji caur membrānas porām.

Cukuri, organiskās skābes un sāļi tiek izšķīdināti citoplazmā, augu šūnas vakuolu šūnu sulā. Turklāt to koncentrācija šūnā ir ievērojami augstāka nekā iekšā vidi. Jo augstāka ir šo vielu koncentrācija šūnā, jo vairāk ūdens tā uzņem. Ir zināms, ka šūna pastāvīgi patērē ūdeni, kā rezultātā palielinās šūnu sulas koncentrācija un ūdens atkal nonāk šūnā.

Lielāku molekulu (glikozes, aminoskābju) iekļūšanu šūnā nodrošina membrānas transporta proteīni, kas, savienojoties ar transportējamo vielu molekulām, transportē tās pa membrānu. Šajā procesā tiek iesaistīti fermenti, kas noārda ATP.

1. attēls. Eikariotu šūnas uzbūves vispārināta diagramma.
(lai palielinātu attēlu, noklikšķiniet uz attēla)

2. attēls. Plazmas membrānas struktūra.
1 - caurduroši proteīni, 2 - iegremdēti proteīni, 3 - ārējie proteīni

3. attēls. Pinocitozes un fagocitozes diagramma.

Pat lielākas olbaltumvielu un polisaharīdu molekulas iekļūst šūnā ar fagocitozi (no grieķu val. fagos- aprīt un kitos- trauks, šūna) un šķidruma pilieni - ar pinocitozi (no grieķu valodas. pinot- Es dzeru un kitos) (3. attēls).

Dzīvnieku šūnas, atšķirībā no augu šūnām, ieskauj mīksts un elastīgs “mētelis”, ko veido galvenokārt polisaharīdu molekulas, kas, savienojoties ar dažiem membrānas proteīniem un lipīdiem, apņem šūnu no ārpuses. Polisaharīdu sastāvs ir raksturīgs dažādiem audiem, kuru dēļ šūnas “atpazīst” viena otru un savienojas viena ar otru.

Augu šūnām nav šāda “apvalka”. Virs tiem ir plazmas membrāna ar porām. šūnu membrāna, kas galvenokārt sastāv no celulozes. Caur porām citoplazmas pavedieni stiepjas no šūnas uz šūnu, savienojot šūnas viena ar otru. Tādā veidā tiek panākta saziņa starp šūnām un tiek panākta ķermeņa integritāte.

Šūnu membrāna augos spēlē spēcīga skeleta lomu un aizsargā šūnu no bojājumiem.

Lielākajai daļai baktēriju un visām sēnēm ir šūnu membrāna, atšķiras tikai tās ķīmiskais sastāvs. Sēnēs tas sastāv no hitīnam līdzīgas vielas.

Sēņu, augu un dzīvnieku šūnām ir līdzīga struktūra. Šūnai ir trīs galvenās daļas: kodols, citoplazma un plazmas membrāna. Plazmas membrāna sastāv no lipīdiem un olbaltumvielām. Tas nodrošina vielu iekļūšanu šūnā un to izdalīšanos no šūnas. Augu, sēnīšu un vairumā baktēriju šūnās virs plazmas membrānas atrodas šūnu membrāna. Tas veic aizsargfunkciju un spēlē skeleta lomu. Augos šūnu siena sastāv no celulozes, bet sēnēs - no hitīnam līdzīgas vielas. Dzīvnieku šūnas ir pārklātas ar polisaharīdiem, kas nodrošina kontaktus starp viena un tā paša audu šūnām.

Vai jūs zināt, ka galvenā šūnas daļa ir citoplazma. Tas sastāv no ūdens, aminoskābēm, olbaltumvielām, ogļhidrātiem, ATP un neorganisko vielu joniem. Citoplazma satur šūnas kodolu un organellus. Tajā vielas pārvietojas no vienas šūnas daļas uz otru. Citoplazma nodrošina visu organellu mijiedarbību. Šeit notiek ķīmiskās reakcijas.

Visa citoplazma ir caurstrāvota ar plānām olbaltumvielu mikrotubulām, kas veidojas šūnu citoskelets, pateicoties kam tas saglabā nemainīgu formu. Šūnu citoskelets ir elastīgs, jo mikrotubulas spēj mainīt savu stāvokli, pārvietoties no viena gala un saīsināt no otra. Šūnā nonāk dažādas vielas. Kas ar viņiem notiek būrī?

Lizosomās - mazās apaļās membrānas pūslīšos (skat. 1. att.) komplekso organisko vielu molekulas ar hidrolītisko enzīmu palīdzību tiek sadalītas vienkāršākās molekulās. Piemēram, olbaltumvielas sadalās aminoskābēs, polisaharīdi – monosaharīdos, tauki – glicirīnā un taukskābēs. Šai funkcijai lizosomas bieži sauc par šūnas “gremošanas stacijām”.

Ja lizosomu membrāna tiek iznīcināta, tajās esošie fermenti var sagremot pašu šūnu. Tāpēc lizosomas dažreiz sauc par "šūnu nogalināšanas ieročiem".

Mazo aminoskābju molekulu, monosaharīdu, kas veidojas lizosomās, fermentatīvā oksidēšana, taukskābes un spirti uz oglekli, skābu gāzi un ūdeni sākas citoplazmā un beidzas citās organellās - mitohondriji. Mitohondriji ir stieņveida, pavedienveidīgi vai sfēriski organoīdi, kurus no citoplazmas norobežo divas membrānas (4. att.). Ārējā membrāna ir gluda, un iekšējā veido krokas - kristas, kas palielina tā virsmu. Iekšējā membrāna satur fermentus, kas piedalās organisko vielu oksidācijas reakcijās uz oglekļa dioksīds un ūdens. Tas atbrīvo enerģiju, ko šūna uzglabā ATP molekulās. Tāpēc mitohondrijus sauc par šūnas “elektrostacijām”.

Šūnā organiskās vielas ne tikai oksidējas, bet arī sintezējas. Lipīdu un ogļhidrātu sintēze tiek veikta uz endoplazmatiskā tīkla – EPS (5. att.), bet proteīnu – uz ribosomām. Kas ir EPS? Šī ir cauruļu un cisternu sistēma, kuras sienas veido membrāna. Tie caurstrāvo visu citoplazmu. Vielas pārvietojas pa ER kanāliem uz dažādām šūnas daļām.

Ir gluda un raupja EPS. Uz gludās ER virsmas, piedaloties fermentiem, tiek sintezēti ogļhidrāti un lipīdi. ER nelīdzenumu piešķir mazie apaļie ķermeņi, kas atrodas uz tā - ribosomas(sk. 1. att.), kas ir iesaistīti proteīnu sintēzē.

Organisko vielu sintēze notiek arī plastidi, kas atrodami tikai augu šūnās.

Rīsi. 4. Mitohondriju uzbūves shēma.
1.- ārējā membrāna; 2.- iekšējā membrāna; 3.- iekšējās membrānas krokas - cristae.

Rīsi. 5. Aptuvenās EPS struktūras shēma.

Rīsi. 6. Hloroplasta struktūras diagramma.
1.- ārējā membrāna; 2.- iekšējā membrāna; 3.- hloroplasta iekšējais saturs; 4.- iekšējās membrānas krokas, kas savāktas “kaudzēs” un veido grana.

Bezkrāsainos plastidos - leikoplasti(no grieķu val leikozes- balts un plastos- radīts) ciete uzkrājas. Kartupeļu bumbuļi ir ļoti bagāti ar leikoplastiem. Dzeltenas, oranžas un sarkanas krāsas piešķir augļiem un ziediem. hromoplasti(no grieķu val hroms- krāsa un plastos). Viņi sintezē pigmentus, kas iesaistīti fotosintēzē - karotinoīdi. Augu dzīvē tas ir īpaši svarīgi hloroplasti(no grieķu val hlors- zaļgani un plastos) - zaļie plastidi. 6. attēlā redzams, ka hloroplasti ir pārklāti ar divām membrānām: ārējo un iekšējo. Iekšējā membrāna veido krokas; starp krokām ir burbuļi, kas sakārtoti kaudzēs - graudi. Granas satur hlorofila molekulas, kas ir iesaistītas fotosintēzē. Katrā hloroplastā ir aptuveni 50 graudi, kas sakārtoti šaha galdiņa veidā. Šis izkārtojums nodrošina maksimālu katras sejas apgaismojumu.

Citoplazmā olbaltumvielas, lipīdi un ogļhidrāti var uzkrāties graudu, kristālu un pilienu veidā. Šīs iekļaušana- rezerves barības vielas, kuras šūna izmanto pēc vajadzības.

Augu šūnās daļa no rezerves barības vielām, kā arī sadalīšanās produkti uzkrājas vakuolu šūnu sulās (sk. 1. att.). Tie var veidot līdz pat 90% no augu šūnas tilpuma. Dzīvnieku šūnās ir pagaidu vakuoli, kas aizņem ne vairāk kā 5% no to tilpuma.

Rīsi. 7. Golgi kompleksa uzbūves shēma.

7. attēlā redzama dobumu sistēma, ko ieskauj membrāna. Šis Golgi komplekss, kas šūnā pilda dažādas funkcijas: piedalās vielu uzkrāšanā un transportēšanā, to izvadīšanā no šūnas, lizosomu un šūnas membrānas veidošanā. Piemēram, Golgi kompleksa dobumā nonāk celulozes molekulas, kuras, izmantojot pūslīšus, pārvietojas uz šūnas virsmu un tiek iekļautas šūnas membrānā.

Lielākā daļa šūnu vairojas dalīšanās ceļā. Piedaloties šajā procesā šūnu centrs. Tas sastāv no diviem centrioliem, ko ieskauj blīva citoplazma (sk. 1. att.). Dalīšanās sākumā centrioli virzās uz šūnas poliem. No tiem izplūst olbaltumvielu pavedieni, kas savienojas ar hromosomām un nodrošina to vienmērīgu sadalījumu starp abām meitas šūnām.

Visas šūnu organellas ir cieši savstarpēji saistītas. Piemēram, olbaltumvielu molekulas tiek sintezētas ribosomās, un tās tiek transportētas pa ER kanāliem uz dažādas daļasšūnās, un lizosomās olbaltumvielas tiek iznīcinātas. Tikko sintezētas molekulas tiek izmantotas, lai izveidotu šūnu struktūras vai uzkrājas citoplazmā un vakuolās kā rezerves barības vielas.

Šūna ir piepildīta ar citoplazmu. Citoplazmā atrodas kodols un dažādas organellas: lizosomas, mitohondriji, plastidi, vakuoli, ER, šūnu centrs, Golgi komplekss. Tie atšķiras pēc struktūras un funkcijām. Visas citoplazmas organellas mijiedarbojas savā starpā, nodrošinot normālu šūnas darbību.

1. tabula. ŠŪNU STRUKTŪRA

Vissvarīgākā loma sēņu, augu un dzīvnieku šūnu dzīvē un dalīšanā ir kodolam un tajā esošajām hromosomām. Lielākajai daļai šo organismu šūnu ir viens kodols, taču ir arī daudzkodolu šūnas, piemēram, muskuļu šūnas. Kodols atrodas citoplazmā, un tam ir apaļa vai ovāla forma. Tas ir pārklāts ar apvalku, kas sastāv no divām membrānām. Kodola apvalkā ir poras, caur kurām notiek vielu apmaiņa starp kodolu un citoplazmu. Kodols ir piepildīts ar kodolsulu, kurā atrodas nukleoli un hromosomas.

Nucleoli- tās ir ribosomu “ražošanas darbnīcas”, kuras veidojas no kodolā izveidotajām ribosomu RNS un citoplazmā sintezētajām olbaltumvielām.

Kodola galvenā funkcija - iedzimtas informācijas uzglabāšana un pārraide - ir saistīta ar hromosomas. Katram organisma veidam ir savs hromosomu komplekts: noteikts skaits, forma un izmērs.

Tiek sauktas visas ķermeņa šūnas, izņemot dzimumšūnas somatisks(no grieķu val soma- ķermenis). Vienas un tās pašas sugas organisma šūnas satur vienu un to pašu hromosomu komplektu. Piemēram, cilvēkiem katrā ķermeņa šūnā ir 46 hromosomas, augļu mušai Drosophila - 8 hromosomas.

Somatiskajām šūnām, kā likums, ir dubults hromosomu komplekts. To sauc diploīds un tiek apzīmēts ar 2 n. Tātad cilvēkam ir 23 hromosomu pāri, tas ir, 2 n= 46. Dzimuma šūnas satur uz pusi mazāk hromosomu. Vai tas ir viens, vai haploīds, komplekts. Personai ir 1 n = 23.

Visas somatisko šūnu hromosomas, atšķirībā no dzimumšūnu hromosomām, ir savienotas pārī. Hromosomas, kas veido vienu pāri, ir identiskas viena otrai. Sapārotas hromosomas sauc homologs. Hromosomas, kas pieder pie dažādi pāri un atšķiras pēc formas un izmēra, ko sauc nehomologs(8. att.).

Dažām sugām hromosomu skaits var būt vienāds. Piemēram, sarkanajam āboliņam un zirņiem ir 2 n= 14. Tomēr to hromosomas atšķiras pēc formas, lieluma un DNS molekulu nukleotīdu sastāva.

Rīsi. 8. Hromosomu kopums Drosophila šūnās.

Rīsi. 9. Hromosomu uzbūve.

Lai izprastu hromosomu lomu iedzimtības informācijas nodošanā, ir jāiepazīst to struktūra un ķīmiskais sastāvs.

Nedalošas šūnas hromosomas izskatās kā gari plāni pavedieni. Pirms šūnu dalīšanās katra hromosoma sastāv no diviem identiskiem pavedieniem - hromatīds, kas ir savienoti starp jostasvietām - (9. att.).

Hromosomas sastāv no DNS un olbaltumvielām. Tā kā DNS nukleotīdu sastāvs atšķiras starp dažādi veidi, hromosomu sastāvs katrai sugai ir unikāls.

Katrā šūnā, izņemot baktēriju šūnas, ir kodols, kurā atrodas nukleoli un hromosomas. Katrai sugai ir raksturīgs noteikts hromosomu kopums: skaits, forma un izmērs. Lielākajā daļā organismu somatiskajās šūnās hromosomu kopums ir diploīds, dzimumšūnās – haploīds. Pārī savienotās hromosomas sauc par homologām. Hromosomas sastāv no DNS un olbaltumvielām. DNS molekulas nodrošina iedzimtas informācijas uzglabāšanu un pārnešanu no šūnas uz šūnu un no organisma uz organismu.

Izstrādājot šīs tēmas, jums vajadzētu būt iespējai:

1. Paskaidrojiet, kādos gadījumos jāizmanto gaismas mikroskops (struktūra) vai transmisijas elektronu mikroskops.
2. Aprakstiet šūnas membrānas uzbūvi un izskaidrojiet attiecības starp membrānas uzbūvi un tās spēju apmainīties ar vielām starp šūnu un tās vidi.
3. Definējiet procesus: difūzija, atvieglotā difūzija, aktīvais transports, endocitoze, eksocitoze un osmoze. Norādiet atšķirības starp šiem procesiem.
4. Nosauciet struktūru funkcijas un norādiet, kurās šūnās (augu, dzīvnieku vai prokariotu) tās atrodas: kodols, kodola membrāna, nukleoplazma, hromosomas, plazmas membrāna, ribosoma, mitohondrijs, šūnu siena, hloroplasts, vakuola, lizosoma, gluds endoplazmatiskais tīkls (agranulāri) un raupji (granulēti), šūnu centrs, Golgi aparāts, ciliums, flagellum, mezosoma, pili vai fimbrija.
5. Nosauciet vismaz trīs pazīmes, pēc kurām augu šūnu var atšķirt no dzīvnieka šūnas.
6. Uzskaitiet svarīgākās atšķirības starp prokariotu un eikariotu šūnām.

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Mjagkova A.N. "Vispārīgā bioloģija". Maskava, "Apgaismība", 2000

• 1. tēma. "Plazmas membrāna." §1, §8, 5. lpp.;20
• 2. tēma. "Būris". §8-10 20.-30.lpp
• 3. tēma. "Prokariotu šūna. Vīrusi." §11 31.-34.lpp

Šūnu membrānas

Šūnas struktūras organizācija balstās uz membrānas struktūras principu, tas ir, šūna galvenokārt ir veidota no membrānām. Visām bioloģiskajām membrānām ir kopīgs strukturālās iezīmes un īpašības.

Pašlaik ir vispārpieņemts membrānas struktūras šķidruma-mozaīkas modelis.

Membrānas pamatā ir lipīdu divslānis, kas veidojas galvenokārt fosfolipīdi. Lipīdi veido vidēji ≈40% ķīmiskais sastāvs membrānas. Divslānī membrānas molekulu astes ir vērstas viena pret otru, un polārās galvas ir vērstas uz āru, tāpēc membrānas virsma ir hidrofila. Lipīdi nosaka membrānu pamatīpašības.

Papildus lipīdiem membrāna satur olbaltumvielas (vidēji ≈60%). Tie nosaka lielāko daļu membrānas specifisko funkciju. Olbaltumvielu molekulas neveido nepārtrauktu slāni (280. att.). Atkarībā no lokalizācijas membrānā ir:

© perifērās olbaltumvielas- proteīni, kas atrodas uz ārējā vai iekšējā virsma lipīdu divslānis;

© daļēji integrēti proteīni- proteīni, kas iegremdēti lipīdu divslānī dažādos dziļumos;

© neatņemama, vai transmembrānas proteīni - olbaltumvielas, kas iekļūst membrānā cauri, saskaroties gan ar šūnas ārējo, gan iekšējo vidi.

Membrānas proteīni var veikt dažādas funkcijas:

© noteiktu molekulu transportēšana;

© uz membrānām notiekošo reakciju katalīze;

© membrānas struktūras uzturēšana;

© vides signālu uztveršana un pārveidošana.

Membrāna var saturēt no 2 līdz 10% ogļhidrātu. Membrānu ogļhidrātu komponentu parasti attēlo oligosaharīdu vai polisaharīdu ķēdes, kas saistītas ar olbaltumvielu molekulām (glikoproteīniem) vai lipīdiem (glikolipīdiem). Ogļhidrāti galvenokārt atrodas uz ārējā virsma membrānas. Ogļhidrātu funkcijas šūnu membrānā nav pilnībā izprotamas, taču mēs varam teikt, ka tie nodrošina membrānas receptoru funkcijas.

Dzīvnieku šūnās glikoproteīni veido supramembrānas kompleksu - glikokalikss, kura biezums ir vairāki desmiti nanometru. Tajā notiek ārpusšūnu gremošana, atrodas daudzi šūnu receptori, un ar tās palīdzību acīmredzot notiek šūnu adhēzija.

Olbaltumvielu un lipīdu molekulas ir mobilas un spējīgas kustēties , galvenokārt membrānas plaknē. Membrānas ir asimetriskas , tas ir, membrānas ārējās un iekšējās virsmas lipīdu un olbaltumvielu sastāvs ir atšķirīgs.

Plazmas membrānas biezums ir vidēji 7,5 nm.

Viena no galvenajām membrānas funkcijām ir transports, nodrošinot vielu apmaiņu starp šūnu un ārējo vidi. Membrānas piemīt selektīvas caurlaidības īpašība, tas ir, tās ir labi caurlaidīgas dažām vielām vai molekulām un slikti caurlaidīgas (vai pilnīgi necaurlaidīgas) citām. Membrānas caurlaidība priekš dažādas vielas ir atkarīgs gan no to molekulu īpašībām (polaritāte, izmērs utt.), gan no membrānu īpašībām (lipīdu slāņa iekšējā daļa ir hidrofoba).

Vielu transportēšanai pa membrānu ir dažādi mehānismi (281. att.). Atkarībā no nepieciešamības izmantot enerģiju vielu transportēšanai, ir:

© pasīvais transports- vielu transportēšana bez enerģijas patēriņa;

© aktīvais transports- transports, kam nepieciešams enerģijas patēriņš.

Pasīvā transporta pamatā ir koncentrācijas un lādiņu atšķirības. Pasīvajā transportā vielas vienmēr pārvietojas no augstākas koncentrācijas zonas uz zemākas koncentrācijas apgabalu, tas ir, pa koncentrācijas gradientu. Ja molekula ir uzlādēta, tad tās transportēšanu ietekmē arī elektriskais gradients. Tāpēc cilvēki bieži runā par elektroķīmisko gradientu, apvienojot abus gradientus. Transporta ātrums ir atkarīgs no gradienta lieluma.

Ir trīs galvenie pasīvā transporta mehānismi:

© Vienkārša difūzija- vielu transportēšana tieši caur lipīdu divslāni. Caur to viegli iziet gāzes, nepolāras vai mazas neuzlādētas polārās molekulas. Jo mazāka ir molekula un jo vairāk taukos šķīstoša tā ir, jo ātrāk tā iekļūst membrānā. Interesanti, ka ūdens, neskatoties uz to, ka tas ir relatīvi nešķīstošs taukos, ļoti ātri iekļūst lipīdu divslānī. Tas izskaidrojams ar to, ka tā molekula ir maza un elektriski neitrāla. Tiek saukta ūdens difūzija caur membrānām ar osmozi.

© Atvieglota difūzija- vielu transportēšana, izmantojot speciālo

transporta proteīni, no kuriem katrs ir atbildīgs par konkrētu molekulu vai radniecīgu molekulu grupu transportēšanu. Viņi mijiedarbojas ar transportētās vielas molekulu un kaut kā pārvieto to caur membrānu. Tādā veidā šūnā tiek transportēti cukuri, aminoskābes, nukleotīdi un daudzas citas polāras molekulas.

Nepieciešamība pēc aktīvā transporta rodas, ja ir nepieciešams nodrošināt molekulu transportēšanu pa membrānu pret elektroķīmisko gradientu. Šo transportu veic nesējproteīni, kuru darbībai nepieciešama enerģija. Enerģijas avots ir ATP molekulas.

Viena no visvairāk pētītajām aktīvajām transporta sistēmām ir nātrija-kālija sūknis. K koncentrācija šūnas iekšpusē ir daudz augstāka nekā ārpus tās, un Na - otrādi. Tāpēc K pasīvi izkliedējas no šūnas caur membrānas ūdens porām un Na šūnā. Tajā pašā laikā normālai šūnas funkcionēšanai ir svarīgi uzturēt noteiktu K un Na jonu attiecību citoplazmā un ārējā vide. Tas ir iespējams, jo membrāna, pateicoties (Na + K) sūkņa klātbūtnei, aktīvi izsūknē Na no šūnas un K šūnā. (Na + K) sūkņa darbība patērē gandrīz trešdaļu no kopējās šūnas mūžam nepieciešamās enerģijas.

Sūknis ir īpašs transmembrānas membrānas proteīns, kas spēj veikt konformācijas izmaiņas, kuru dēļ tas var piesaistīt gan K, gan Na jonus. (Na + K) sūkņa darbības cikls sastāv no vairākām fāzēm (282. att.):

© Na joni un ATP molekula iekļūst sūkņa proteīnā no membrānas iekšpuses, bet K joni no ārpuses;

© Na joni savienojas ar proteīna molekulu, un olbaltumviela iegūst ATPāzes aktivitāti, tas ir, iegūst spēju izraisīt ATP hidrolīzi, ko papildina enerģijas izdalīšanās, kas darbina sūkni;

© fosfāts, kas izdalās ATP hidrolīzes laikā, saistās ar proteīnu, tas ir, notiek proteīna fosforilēšanās;

© fosforilēšanās izraisa olbaltumvielas konformācijas izmaiņas, tā kļūst nespējīga noturēt Na jonus - tie izdalās un atstāj šūnu;

© proteīna jaunā konformācija ir tāda, ka kļūst iespējams tai pievienot K jonus;

© K jonu pievienošana izraisa proteīna defosforilāciju, kā rezultātā tas atkal maina savu konformāciju;

© olbaltumvielu konformācijas izmaiņas izraisa K jonu izdalīšanos šūnas iekšienē;

© tagad proteīns atkal ir gatavs pievienot Na jonus sev.

Vienā darbības ciklā sūknis no šūnas izsūknē 3 Na jonus un iesūknē 2 K jonus. Šī pārnesto jonu skaita atšķirība ir saistīta ar to, ka membrānas caurlaidība K joniem ir augstāka nekā Na. joni. Attiecīgi K pasīvi izkliedējas no šūnas ātrāk nekā Na šūnā.

© pinocitoze ir šķidruma pilienu uztveršanas un absorbcijas process ar tajā izšķīdinātām vielām.

Eksocitoze- dažādu vielu izvadīšanas process no šūnas. Eksocitozes laikā pūslīša (vai vakuola) membrāna, saskaroties ar ārējo citoplazmas membrānu, saplūst ar to. Vezikulu saturs tiek noņemts ārpus cauruma, un tā membrāna ir iekļauta ārējā citoplazmas membrānā.