rakumembraan- see on rakukesta, mis täidab järgmisi funktsioone: lahtri sisu eraldamine ja väliskeskkond, ainete selektiivne transport (vahetus väliskeskkonnaga raku vastu), mõne biokeemilise reaktsiooni toimumise koht, rakkude ühendamine kudedesse ja vastuvõtt.

Rakumembraanid jagunevad plasmaks (rakusiseseks) ja välimiseks. Mis tahes membraani peamine omadus on poolläbilaskvus, see tähendab võime läbida ainult teatud aineid. See võimaldab selektiivset vahetust raku ja väliskeskkonna vahel või vahetust raku sektsioonide vahel.

Plasmamembraanid on lipoproteiinide struktuurid. Lipiidid moodustavad spontaanselt kahekihi (topeltkihi) ja membraanivalgud "ujuvad" selles. Membraanid sisaldavad mitu tuhat mitmesugused valgud: struktuursed, kandjad, ensüümid jne Valgumolekulide vahel on poorid, millest läbivad hüdrofiilsed ained (lipiidne kaksikkiht takistab nende otsest tungimist rakku). Glükosüülrühmad (monosahhariidid ja polüsahhariidid) on kinnitunud membraani pinnale mõnele molekulile, mis osalevad koe moodustumise käigus rakkude äratundmise protsessis.

Membraanid erinevad oma paksuse poolest, tavaliselt vahemikus 5–10 nm. Paksus määratakse amfifiilse lipiidimolekuli suuruse järgi ja see on 5,3 nm. Membraani paksuse edasine suurenemine on tingitud membraanivalgu komplekside suurusest. Sõltuvalt sellest, välised tingimused(regulaatoriks on kolesterool) kaksikkihi struktuur võib muutuda nii, et see muutub tihedamaks või vedelamaks - sellest sõltub ainete liikumise kiirus piki membraane.

Rakumembraanide hulka kuuluvad: plasmalemma, karüolemma, endoplasmaatilise retikulumi membraanid, Golgi aparaat, lüsosoomid, peroksisoomid, mitokondrid, inklusioonid jne.

Lipiidid ei lahustu vees (hüdrofoobsus), kuid lahustuvad hästi orgaanilistes lahustites ja rasvades (lipofiilsus). Lipiidide koostis erinevates membraanides ei ole sama. Näiteks plasmamembraan sisaldab palju kolesterooli. Membraanis olevatest lipiididest on levinumad fosfolipiidid (glütserofosfatiidid), sfingomüeliinid (sfingolipiidid), glükolipiidid ja kolesterool.

Fosfolipiidid, sfingomüeliinid, glükolipiidid koosnevad kahest funktsionaalselt erinevast osast: hüdrofoobsetest mittepolaarsetest, mis ei kanna laenguid - "sabad", mis koosnevad rasvhapped ja hüdrofiilne, mis sisaldab laetud polaarseid "päid" - alkoholirühmi (näiteks glütseriin).

Molekuli hüdrofoobne osa koosneb tavaliselt kahest rasvhappest. Üks hapetest on piirav ja teine ​​on küllastumata. See määrab lipiidide võime spontaanselt moodustada kahekihilisi (bilipiidseid) membraane. Membraani lipiidid täidavad järgmisi funktsioone: barjäär, transport, valgu mikrokeskkond, elektritakistus membraanid.

Membraanid erinevad üksteisest valgumolekulide komplekti poolest. Paljud membraanivalgud koosnevad polaarsete (laengut kandvate) aminohapete poolest rikastest piirkondadest ja mittepolaarsete aminohapete (glütsiin, alaniin, valiin, leutsiin) piirkondadest. Sellised valgud membraanide lipiidkihtides paiknevad nii, et nende mittepolaarsed piirkonnad on justkui sukeldatud membraani "rasvaosasse", kus asuvad lipiidide hüdrofoobsed piirkonnad. Nende valkude polaarne (hüdrofiilne) osa interakteerub lipiidipeadega ja pööratakse vesifaasi poole.

Bioloogilistel membraanidel on ühised omadused:

membraanid - suletud süsteemid, mis ei lase lahtri ja selle sektsioonide sisul seguneda. Membraani terviklikkuse rikkumine võib põhjustada rakusurma;

pindmine (tasapinnaline, külgmine) liikuvus. Membraanides toimub pidev ainete liikumine üle pinna;

membraani asümmeetria. Välis- ja pinnakihi struktuur on keemiliselt, struktuurselt ja funktsionaalselt heterogeenne.

Rakumembraanid: nende struktuur ja funktsioonid

Membraanid on äärmiselt viskoossed ja samal ajal plastilised struktuurid, mis ümbritsevad kõiki elusrakke. Rakumembraanide funktsioonid:

1. Plasmamembraan on barjäär, mis hoiab rakuvälise ja intratsellulaarse keskkonna erinevat koostist.

2. Membraanid moodustavad raku sees spetsiaalsed sektsioonid, st. arvukad organellid - mitokondrid, lüsosoomid, Golgi kompleks, endoplasmaatiline retikulum, tuumamembraanid.

3. Ensüümid, mis osalevad energia muundamises sellistes protsessides nagu oksüdatiivne fosforüülimine ja fotosüntees, paiknevad membraanides.

Membraani struktuur

1972. aastal pakkusid Singer ja Nicholson välja membraanistruktuuri vedelmosaiikmudeli. Selle mudeli järgi on funktsioneerivad membraanid vedelas fosfolipiidmaatriksis lahustatud globulaarsete integraalsete valkude kahemõõtmeline lahus. Seega põhinevad membraanid bimolekulaarsel lipiidikihil, mille molekulid on järjestatud.

Hüdrofiilse kihi moodustavad sel juhul fosfolipiidide polaarpea (fosfaadijääk, mille külge on kinnitatud koliini, etanoolamiin või seriin) ja ka glükolipiidide süsivesikute osa. Hüdrofoobne kiht - rasvhapete ja sfingosiinfosfolipiidide ja glükolipiidide süsivesinikradikaalid.

Membraani omadused:

1. Valikuline läbilaskvus. Suletud kaksikkiht tagab membraani ühe peamise omaduse: see on läbitungimatu enamiku vees lahustuvate molekulide suhtes, kuna need ei lahustu selle hüdrofoobses tuumas. Gaasidel, nagu hapnik, CO 2 ja lämmastik, on molekulide väikese suuruse ja nõrga koostoime tõttu lahustitega võime kergesti rakku tungida. Samuti tungivad lipiidse olemusega molekulid, näiteks steroidhormoonid, kergesti läbi kaksikkihi.

2. Likviidsus. Lipiidide kaksikkihil on vedelkristalliline struktuur, kuna lipiidikiht on üldiselt vedel, kuid selles on kristallstruktuuridele sarnaseid tahkumiskohti. Kuigi lipiidimolekulide asend on järjestatud, säilitavad nad liikumisvõime. Võimalikud on kahte tüüpi fosfolipiidide liikumised: salto (teaduskirjanduses nimetatakse seda "flip-flopiks") ja külgmine difusioon. Esimesel juhul pöörduvad bimolekulaarses kihis üksteisele vastandlikud fosfolipiidimolekulid ümber (või salto) üksteise poole ja vahetavad membraanis kohti, s.t. väljast saab sisemus ja vastupidi. Sellised hüpped on seotud energiakuluga ja on väga haruldased. Sagedamini täheldatakse pöörlemisi ümber telje (pöörlemine) ja külgmist difusiooni – kihis membraani pinnaga paralleelset liikumist.

3. Membraanide asümmeetria. Sama membraani pinnad erinevad lipiidide, valkude ja süsivesikute koostiselt (ristasümmeetria). Näiteks väliskihis on ülekaalus fosfatidüülkoliinid, sisemises kihis aga fosfatidüületanoolamiinid ja fosfatidüülseriinid. Glükoproteiinide ja glükolipiidide süsivesikute komponendid tulevad välispinnale, moodustades pideva koti, mida nimetatakse glükokalüksiks. Sisepinnal pole süsivesikuid. Plasmamembraani välispinnal asuvad valgud – hormooniretseptorid ning nende poolt reguleeritavad ensüümid – adenülaattsüklaas, fosfolipaas C – sees jne.

Membraanvalgud

Membraani fosfolipiidid toimivad membraanivalkude lahustina, luues mikrokeskkonna, milles viimased saavad toimida. Erinevate valkude arv membraanis varieerub 6-8-st sarkoplasmaatilises retikulumis kuni enam kui 100-ni plasmamembraanis. Need on ensüümid, transportvalgud, struktuurvalgud, antigeenid, sealhulgas peamise histo-sobivussüsteemi antigeenid, erinevate molekulide retseptorid.

Membraanis lokaliseerimisel jagunevad valgud integraalseteks (osaliselt või täielikult membraani sukeldatud) ja perifeerseteks (asuvad selle pinnal). Mõned integraalsed valgud läbistavad membraani korduvalt. Näiteks võrkkesta fotoretseptor ja β2-adrenergiline retseptor läbivad kaksikkihi 7 korda.

Aine ja teabe ülekanne läbi membraanide

Rakumembraanid ei ole tihedalt suletud vaheseinad. Membraanide üks põhifunktsioone on ainete ja teabe ülekande reguleerimine. Väikeste molekulide transmembraanne liikumine toimub 1) passiivse või hõlbustatud difusiooni teel ja 2) aktiivse transpordi teel. Suurte molekulide transmembraanne liikumine toimub 1) endotsütoosi ja 2) eksotsütoosi teel. Signaali edastamine läbi membraanide toimub plasmamembraani välispinnal paiknevate retseptorite abil. Sel juhul signaal kas transformeerub (näiteks glükagoon cAMP) või on see internaliseeritud, seostatuna endotsütoosiga (näiteks LDL-LDL retseptor).

Lihtne difusioon on ainete tungimine rakku mööda elektrokeemilist gradienti. Sel juhul ei nõuta energiakulusid. Lihtdifusiooni kiiruse määrab 1) aine transmembraanne kontsentratsioonigradient ja 2) selle lahustuvus membraani hüdrofoobses kihis.

Hõlbustatud difusiooni korral transporditakse aineid läbi membraani ka mööda kontsentratsioonigradienti, ilma energiakuludeta, kuid spetsiaalsete membraani kandevalkude abil. Seetõttu erineb hõlbustatud difusioon passiivsest difusioonist mitme parameetri poolest: 1) hõlbustatud difusiooni iseloomustab kõrge selektiivsus, kuna kandevalgul on ülekantud ainega komplementaarne aktiivne kese; 2) hõlbustatud difusiooni kiirus on võimeline saavutama platoo, kuna kandurmolekulide arv on piiratud.

Mõned transpordivalgud kannavad ainet lihtsalt membraani ühelt küljelt teisele. Sellist lihtsat ülekannet nimetatakse passiivseks uniportiks. Uniporti näide on GLUT, glükoosi transporter, mis transpordib glükoosi läbi rakumembraanide. Teised valgud toimivad kaastranspordisüsteemidena, milles ühe aine transport sõltub teise aine samaaegsest või järjestikusest transpordist kas samas suunas - sellist ülekannet nimetatakse passiivseks sümpordiks või vastupidises suunas - sellist ülekannet nimetatakse nn. passiivne antiport. Mitokondriaalse sisemembraani translokaasid, eriti ADP / ATP translokaas, toimivad vastavalt passiivsele pordivastasele mehhanismile.

Aktiivse transpordi korral toimub aine ülekanne kontsentratsioonigradiendi vastu ja on seetõttu seotud energiakuludega. Kui ligandide ülekandmine läbi membraani on seotud ATP energia kulutamisega, siis sellist ülekannet nimetatakse esmaseks aktiivseks transpordiks. Näiteks on inimese rakkude plasmamembraanis lokaliseeritud Na + K + -ATPaas ja Ca 2+ -ATPaas ning mao limaskesta H +,K + -ATPaas.

sekundaarne aktiivne transport. Mõnede ainete transport kontsentratsioonigradienti vastu sõltub Na + (naatriumioonide) samaaegsest või järjestikusest transpordist piki kontsentratsioonigradienti. Sel juhul, kui ligand kandub Na+-ga samas suunas, nimetatakse protsessi aktiivseks sümportiks. Aktiivse sümporti mehhanismi kohaselt imendub glükoos soole luumenist, kus selle kontsentratsioon on madal. Kui ligand kandub naatriumioonidele vastupidises suunas, nimetatakse seda protsessi aktiivseks antiportiks. Näiteks võib tuua plasmamembraani Na +,Ca 2+ soojusvaheti.

Rakumembraan.

Rakumembraan eraldab mis tahes raku sisu väliskeskkonnast, tagades selle terviklikkuse; reguleerib vahetust raku ja keskkonna vahel; rakusisesed membraanid jagavad raku spetsiaalseteks suletud sektsioonideks – kambriteks ehk organellideks, milles säilivad teatud keskkonnatingimused.

Struktuur.

Rakumembraan on lipiidide (rasvade) klassi molekulide topeltkiht (kakskiht), millest enamik on nn komplekslipiidid - fosfolipiidid. Lipiidimolekulidel on hüdrofiilne ("pea") ja hüdrofoobne ("saba") osa. Membraanide moodustumise ajal pöörduvad molekulide hüdrofoobsed osad sissepoole, hüdrofiilsed osad aga väljapoole. Membraanid on erinevates organismides väga sarnased struktuurid. Membraani paksus on 7-8 nm. (10-9 meetrit)

hüdrofiilsus- aine võime olla veega märjaks.
hüdrofoobsus- aine võimetus olla veega märjaks.

Bioloogiline membraan sisaldab ka erinevaid valke:
- integraalne (läbi membraani tungiv)
- poolintegreeritud (ühest otsast sukeldatud välimisse või sisemisse lipiidikihti)
- pindmine (asub membraani välisküljel või sisemiste külgede kõrval).
Mõned valgud on rakumembraani kokkupuutepunktid tsütoskeletiga rakus ja rakuseinaga (kui see on olemas) väljaspool.

tsütoskelett- raku karkass raku sees.

Funktsioonid.

1) Barjäär- tagab reguleeritud, selektiivse, passiivse ja aktiivse ainevahetuse keskkonnaga.

2) Transport- läbi membraani toimub ainete transport rakku ja sealt välja.maatriks - tagab membraanivalkude kindla suhtelise asendi ja orientatsiooni, nende optimaalse vastasmõju.

3) Mehaaniline- tagab raku autonoomia, selle rakusisesed struktuurid, aga ka ühenduse teiste rakkudega (kudedes) Rakkudevahelisel ainel on suur roll mehaanilise funktsiooni tagamisel.

4) Retseptor- mõned valgud membraanis on retseptorid (molekulid, mille abil rakk tajub teatud signaale).

Näiteks veres ringlevad hormoonid toimivad ainult sihtrakkudele, millel on neile hormoonidele vastavad retseptorid. Neurotransmitterid ( keemilised ained, mis tagavad närviimpulsside juhtivuse) seonduvad ka sihtrakkude spetsiifiliste retseptorvalkudega.

Hormoonid- bioloogiliselt aktiivsed signaalkemikaalid.

5) Ensümaatiline Membraanvalgud on sageli ensüümid. Näiteks sooleepiteelirakkude plasmamembraanid sisaldavad seedeensüüme.

6) Biopotentsiaalide tekitamise ja läbiviimise rakendamine.
Membraani abil hoitakse rakus konstantset ioonide kontsentratsiooni: K + iooni kontsentratsioon rakus on palju suurem kui väljaspool ja Na + kontsentratsioon palju madalam, mis on väga oluline, kuna see säilitab potentsiaalide erinevuse üle membraani ja tekitab närviimpulsi.

närviimpulss – erutuslaine, mis edastatakse mööda närvikiudu.

7) Rakkude märgistamine- membraanil on antigeenid, mis toimivad markeritena - "sildid", mis võimaldavad teil rakku tuvastada. Need on glükoproteiinid (st valgud, mille külge on kinnitatud hargnenud oligosahhariidide kõrvalahelad), mis täidavad "antennide" rolli. Arvukate külgahelate konfiguratsioonide tõttu on võimalik iga rakutüübi jaoks teha spetsiifiline marker. Markerite abil suudavad rakud teisi rakke ära tunda ja nendega koos tegutseda, näiteks moodustades elundeid ja kudesid. See võimaldab ka immuunsussüsteemära tunda võõraid antigeene.

läbilaskvuse omadused.

Rakumembraanidel on selektiivne läbilaskvus: nad tungivad aeglaselt läbi mitmel viisil:

• Glükoos on peamine energiaallikas.
• Aminohapped on ehitusplokid, mis moodustavad kõik keha valgud.
• Rasvhapped – struktuursed, energeetilised ja muud funktsioonid.
• Glütserool - paneb kehas vett kinni pidama ja vähendab uriini tootmist.
• Ioonid on reaktsioonide ensüümid.

Veelgi enam, membraanid ise reguleerivad seda protsessi teatud määral aktiivselt - mõned ained läbivad, teised aga mitte. Ainete rakku sisenemiseks või nende eemaldamiseks rakust väljapoole on neli peamist mehhanismi:

Passiivse läbilaskvuse mehhanismid:

1) Difusioon.

Selle mehhanismi variant on hõlbustatud difusioon, mille puhul konkreetne molekul aitab ainel membraani läbida. Sellel molekulil võib olla kanal, mis laseb läbi ainult ühte tüüpi ainet.

difusioon-ühe aine molekulide vastastikuse tungimise protsess teise aine molekulide vahele.

Osmoos– ühesuunalise difusiooni protsess läbi lahustimolekulide poolläbilaskva membraani lahustunud aine suurema kontsentratsiooni suunas.

Normaalset vererakku ümbritsev membraan läbib ainult veemolekule, hapnikku, mõningaid veres lahustunud toitaineid ja raku jääkaineid.

Aktiivsed läbilaskvusmehhanismid:

1) Aktiivne transport.

aktiivne transport– aine ülekandmine madala kontsentratsiooniga piirkonnast kõrge kontsentratsiooniga piirkonda.

Aktiivne transport nõuab energiat, kuna see liigub madala kontsentratsiooniga piirkonnast kõrge kontsentratsiooniga piirkonda. Membraanil on spetsiaalsed pumbavalgud, mis pumpavad aktiivselt rakku kaaliumiioone (K +) ja pumpavad sealt välja naatriumioone (Na +), energiana toimib ATP.

ATP– universaalne energiaallikas kõigi biokeemiliste protsesside jaoks. .(rohkem hiljem)

2) Endotsütoos.

Osakesed, mis mingil põhjusel ei suuda läbida rakumembraani, kuid on rakule vajalikud, võivad endotsütoosi teel läbi membraani tungida.

Endotsütoos– välise materjali omastamise protsess raku poolt.

Membraani selektiivne läbilaskvus passiivse transpordi ajal on tingitud spetsiaalsetest kanalitest - integraalsetest valkudest. Nad tungivad läbi ja läbi membraani, moodustades omamoodi läbipääsu. Elementidel K, Na ja Cl on oma kanalid. Kontsentratsioonigradiendi suhtes liiguvad nende elementide molekulid rakku sisse ja välja. Ärrituse korral avanevad naatriumioonikanalid ja naatriumiioonide sissevool rakku toimub järsult. Selle tulemuseks on membraanipotentsiaali tasakaalustamatus. Pärast seda taastatakse membraani potentsiaal. Alati on avatud kaaliumikanalid, mille kaudu sisenevad kaaliumiioonid aeglaselt rakku.

Membraani struktuur

Läbilaskvus

aktiivne transport

Osmoos

Endotsütoos

1972. aastal esitati teooria, et osaliselt läbilaskev membraan ümbritseb rakku ja täidab mitmeid elutähtsaid ülesandeid ning rakumembraanide struktuur ja funktsioonid on olulisi probleeme kõigi keharakkude nõuetekohase toimimise kohta. sai laialt levinud 17. sajandil koos mikroskoobi leiutamisega. Sai teada, et taime- ja loomakuded koosnevad rakkudest, kuid seadme madala eraldusvõime tõttu ei olnud loomaraku ümber barjääre näha. 20. sajandil uuriti põhjalikumalt membraani keemilist olemust, leiti, et selle aluseks on lipiidid.

Rakumembraanide ehitus ja funktsioonid

Rakumembraan ümbritseb elusrakkude tsütoplasmat, eraldades rakusisesed komponendid füüsiliselt väliskeskkonnast. Ka seentel, bakteritel ja taimedel on rakuseinad, mis pakuvad kaitset ja takistavad suurte molekulide läbipääsu. Rakumembraanid mängivad rolli ka tsütoskeleti arengus ja teiste elutähtsate osakeste kinnitumisel rakuvälisele maatriksile. See on vajalik nende kooshoidmiseks, moodustades keha kudesid ja elundeid. Rakumembraani struktuuriomadused hõlmavad läbilaskvust. Peamine funktsioon on kaitse. Membraan koosneb sisseehitatud valkudega fosfolipiidikihist. See osa on seotud protsessidega nagu rakkude adhesioon, ioonjuhtivus- ja signaalisüsteemid ning toimib kinnituspinnana mitmetele rakuvälistele struktuuridele, sealhulgas seinale, glükokalüksile ja sisemisele tsütoskeletile. Membraan säilitab ka raku potentsiaali, toimides selektiivfiltrina. See on ioonide ja orgaaniliste molekulide suhtes selektiivselt läbilaskev ning kontrollib osakeste liikumist.

Rakumembraani hõlmavad bioloogilised mehhanismid

1. Passiivne difusioon: mõned ained (väikesed molekulid, ioonid), nagu süsinikdioksiid (CO2) ja hapnik (O2), võivad difundeeruda läbi plasmamembraani. Kest toimib tõkkena teatud molekulidele ja ioonidele, mida saab kontsentreerida mõlemale poole.

2. Transmembraansed valgukanalid ja transporterid: Toitained, nagu glükoos või aminohapped, peavad sisenema rakku ja mõned ainevahetusproduktid peavad sealt lahkuma.

3. Endotsütoos on protsess, mille käigus omastatakse molekule. Plasmamembraanis tekib kerge deformatsioon (invaginatsioon), mille käigus neelatakse alla transporditav aine. See nõuab energiat ja on seega aktiivse transpordi vorm.

4. Eksotsütoos: esineb erinevates rakkudes, et eemaldada endotsütoosiga kaasa toodud ainete seedimata jäägid, eritada aineid nagu hormoonid ja ensüümid ning transportida aine täielikult läbi rakubarjääri.

molekulaarne struktuur

Rakumembraan on bioloogiline membraan, mis koosneb peamiselt fosfolipiididest ja eraldab kogu raku sisu väliskeskkonnast. Moodustamisprotsess toimub spontaanselt koos normaalsetes tingimustes. Selle protsessi mõistmiseks ja rakumembraanide struktuuri ja funktsioonide ning omaduste õigeks kirjeldamiseks on vaja hinnata fosfolipiidide struktuuride olemust, mida iseloomustab struktuurne polarisatsioon. Kui fosfolipiidid tsütoplasma vesikeskkonnas saavutavad kriitilise kontsentratsiooni, ühinevad need mitsellideks, mis on vesikeskkonnas stabiilsemad.

Membraani omadused

• Stabiilsus. See tähendab, et pärast membraani moodustumist on ebatõenäoline, et see laguneb.
• Tugevus. Lipiidmembraan on piisavalt töökindel, et vältida polaarse aine läbimist, nii lahustunud ained (ioonid, glükoos, aminohapped) kui ka palju suuremad molekulid (valgud) ei pääse moodustunud piirist läbi.
• dünaamiline iseloom. See on võib-olla raku struktuuri kaalumisel kõige olulisem omadus. Rakumembraan võib olla allutatud erinevatele deformatsioonidele, see võib voltida ja painutada ilma kokku kukkumata. Eriolukordadel, näiteks vesiikulite ühinemisel või tärkamisel, võib see puruneda, kuid ainult ajutiselt. Toatemperatuuril on selle lipiidkomponendid pidevas kaootilises liikumises, moodustades stabiilse vedelikupiiri.

Vedel mosaiikmudel

Rakumembraanide struktuurist ja funktsioonidest rääkides on oluline märkida, et in kaasaegne vaade Membraani kui vedela mosaiikmudeli käsitlesid teadlased Singer ja Nicholson 1972. aastal. Nende teooria peegeldab membraani struktuuri kolme peamist tunnust. Integraalid pakuvad membraanile mosaiikmalli ja nad on võimelised külgsuunas tasapinnaliselt liikuma lipiidide korralduse muutuva olemuse tõttu. Transmembraansed valgud on samuti potentsiaalselt mobiilsed. Oluline omadus membraani struktuur on selle asümmeetria. Mis on raku struktuur? Rakumembraan, tuum, valgud ja nii edasi. Rakk on elu põhiüksus ja kõik organismid koosnevad ühest või mitmest rakust, millest igaühel on looduslik barjäär, mis eraldab seda keskkonnast. See välispiir rakke nimetatakse ka plasmamembraaniks. See koosneb neljast erinevat tüüpi molekulid: fosfolipiidid, kolesterool, valgud ja süsivesikud. Vedelmosaiikmudel kirjeldab rakumembraani struktuuri järgmiselt: painduv ja elastne, konsistentsilt sarnaneb taimeõli, nii et kõik üksikud molekulid lihtsalt hõljuvad vedelas keskkonnas ja kõik on võimelised selles kestas külgsuunas liikuma. Mosaiik on midagi, mis sisaldab palju erinevaid detaile. Plasmamembraanis esindavad seda fosfolipiidid, kolesterooli molekulid, valgud ja süsivesikud.

Fosfolipiidid

Fosfolipiidid moodustavad rakumembraani põhistruktuuri. Nendel molekulidel on kaks erinevat otsa: pea ja saba. Peaots sisaldab fosfaatrühma ja on hüdrofiilne. See tähendab, et seda tõmbavad veemolekulid. Saba koosneb vesiniku- ja süsinikuaatomitest, mida nimetatakse rasvhappeahelateks. Need ahelad on hüdrofoobsed, neile ei meeldi veemolekulidega seguneda. See protsess sarnaneb sellega, mis juhtub siis, kui valate taimeõli vette, see tähendab, et see ei lahustu selles. Rakumembraani struktuursed tunnused on seotud nn lipiidide kaksikkihiga, mis koosneb fosfolipiididest. Hüdrofiilsed fosfaadipead asuvad alati seal, kus on rakusisese ja rakuvälise vedeliku kujul vett. Fosfolipiidide hüdrofoobsed sabad membraanis on organiseeritud nii, et need hoiavad neid veest eemal.

Kolesterool, valgud ja süsivesikud

Kui inimesed kuulevad sõna "kolesterool", arvavad inimesed tavaliselt, et see on halb. Kolesterool on aga tegelikult väga oluline rakumembraanide komponent. Selle molekulid koosnevad neljast vesiniku- ja süsinikuaatomite ringist. Need on hüdrofoobsed ja esinevad lipiidide kaksikkihi hüdrofoobsete sabade hulgas. Nende tähtsus seisneb konsistentsi säilitamises, tugevdavad membraane, vältides ristumist. Kolesterooli molekulid takistavad ka fosfolipiidide sabade kokkupuudet ja kõvenemist. See tagab sujuvuse ja paindlikkuse. Membraanvalgud toimivad ensüümidena, mis kiirendavad keemilisi reaktsioone, toimivad spetsiifiliste molekulide retseptoritena või transpordivad aineid läbi rakumembraani.

Süsivesikuid ehk sahhariide leidub ainult rakumembraani rakuvälisel küljel. Koos moodustavad nad glükokalüksi. See tagab plasmamembraanile pehmenduse ja kaitse. Glükokalüksi süsivesikute struktuuri ja tüübi põhjal suudab keha rakud ära tunda ja otsustada, kas need peaksid seal olema või mitte.

Membraanvalgud

Rakumembraani struktuuri ei saa ette kujutada ilma sellise olulise komponendita nagu valk. Vaatamata sellele võivad nad oma suuruselt olla oluliselt väiksemad kui teisele olulisele komponendile – lipiididele. Membraanvalke on kolm peamist tüüpi.

• Integraalne. Nad katavad täielikult kahekihilise, tsütoplasma ja rakuvälise keskkonna. Nad täidavad transpordi- ja signaalimisfunktsiooni.
• Välisseade. Valgud kinnituvad membraanile elektrostaatiliste või vesiniksidemetega nende tsütoplasmaatilisel või rakuvälisel pinnal. Neid kasutatakse peamiselt integraalsete valkude kinnitusvahendina.
• Transmembraanne. Nad täidavad ensümaatilisi ja signaalimisfunktsioone ning moduleerivad ka membraani lipiidide kaksikkihi põhistruktuuri.

Bioloogiliste membraanide funktsioonid

Hüdrofoobne efekt, mis reguleerib süsivesinike käitumist vees, kontrollib membraanilipiididest ja membraanivalkudest moodustunud struktuure. Paljusid membraanide omadusi annavad lipiidide kaksikkihtide kandjad, mis moodustavad kõigi põhistruktuuri bioloogilised membraanid. Integraalsed membraanivalgud on osaliselt peidetud lipiidide kaksikkihis. transmembraansetel valkudel on spetsialiseerunud organisatsioon aminohapped oma primaarses järjestuses.

Perifeersed membraanivalgud on väga sarnased lahustuvatele valkudele, kuid on ka membraaniga seotud. Spetsiaalsetel rakumembraanidel on spetsiifilised rakufunktsioonid. Kuidas rakumembraanide struktuur ja funktsioonid keha mõjutavad? Kogu organismi funktsionaalsus sõltub sellest, kuidas bioloogilised membraanid on paigutatud. Intratsellulaarsetest organellidest, membraanide ekstratsellulaarsetest ja rakkudevahelistest interaktsioonidest tekivad bioloogiliste funktsioonide organiseerimiseks ja täitmiseks vajalikud struktuurid. Paljud struktuursed ja funktsionaalsed omadused on levinud bakteritele ja ümbrisega viirustele. Kõik bioloogilised membraanid on ehitatud lipiidide kaksikkihile, mis määrab mitmete membraanide olemasolu üldised omadused. Membraanvalkudel on palju spetsiifilisi funktsioone.

• Kontrollimine. Rakkude plasmamembraanid määravad kindlaks raku ja keskkonna vastasmõju piirid.
• Transport. Rakkude intratsellulaarsed membraanid jagunevad mitmeks erineva sisemise koostisega funktsionaalseks plokiks, millest igaüks on toetatud vajalikuga. transpordifunktsioon koos läbilaskvuse juhtimisega.
• signaaliülekanne. Membraani liitmine tagab rakusisese vesikulaarse teavitamise mehhanismi ja takistab erinevate viiruste vabalt rakku sisenemist.

Tähendus ja järeldused

Välise rakumembraani struktuur mõjutab kogu keha. See mängib olulist rolli terviklikkuse kaitsmisel, võimaldades ainult valitud ainetel tungida. See on ka hea alus tsütoskeleti ja rakuseina kinnitamiseks, mis aitab säilitada raku kuju. Lipiidid moodustavad ligikaudu 50% enamiku rakkude membraanimassist, kuigi see varieerub sõltuvalt membraani tüübist. Imetajate välimise rakumembraani struktuur on keerulisem, see sisaldab nelja peamist fosfolipiidi. Lipiidide kaksikkihtide oluline omadus on see, et need käituvad nagu kahemõõtmeline vedelik, milles üksikud molekulid saavad vabalt pöörlema ​​ja külgsuunas liikuda. Selline voolavus on membraanide oluline omadus, mis määratakse sõltuvalt temperatuurist ja lipiidide koostisest. Süsivesinike ringstruktuuri tõttu mängib kolesterool rolli membraanide voolavuse määramisel. Väikeste molekulide bioloogilised membraanid võimaldavad rakul kontrollida ja säilitada oma sisemist struktuuri.

Arvestades raku ehitust (rakumembraan, tuum jne), võime järeldada, et keha on isereguleeruv süsteem, mis ei saa end ilma välise abita kahjustada ning otsib alati võimalusi raku taastamiseks, kaitsmiseks ja nõuetekohaseks toimimiseks. kamber.

Elusorganismi põhiliseks struktuuriüksuseks on rakk, mis on rakumembraaniga ümbritsetud tsütoplasma diferentseeritud osa. Arvestades asjaolu, et rakk täidab paljusid olulisi funktsioone, nagu paljunemine, toitumine, liikumine, peab kest olema plastiline ja tihe.

Rakumembraani avastamise ja uurimise ajalugu

1925. aastal tegid Grendel ja Gorder eduka katse, et tuvastada erütrotsüütide "varjud" ehk tühjad kestad. Vaatamata mitmele tehtud jämedale veale avastasid teadlased lipiidide kaksikkihi. Nende tööd jätkasid Danielli, Dawson 1935. aastal, Robertson 1960. aastal. Paljude aastatepikkuse töö ja vaidluste kuhjumise tulemusena 1972. aastal lõi Singer ja Nicholson membraani struktuurist vedela mosaiikmudeli. Edasised katsed ja uuringud kinnitasid teadlaste töid.

Tähendus

Mis on rakumembraan? Seda sõna hakati kasutama rohkem kui sada aastat tagasi, ladina keelest tõlgituna tähendab see "kile", "nahk". Seega määrake lahtri piir, mis on loomulik barjäär sisemise sisu ja väliskeskkonna vahel. Rakumembraani struktuur viitab poolläbilaskvusele, mille tõttu pääsevad sellest vabalt läbi niiskus ja toitained ning lagunemissaadused. Seda kesta võib nimetada raku organisatsiooni peamiseks struktuurikomponendiks.

Mõelge rakumembraani peamistele funktsioonidele

1. Eraldab raku sisemise sisu ja väliskeskkonna komponendid.

2. Aitab säilitada raku püsivat keemilist koostist.

3. Reguleerib õiget ainevahetust.

4. Tagab rakkudevahelise ühenduse.

5. Tunneb ära signaalid.

6. Kaitsefunktsioon.

"Plasma kest"

Väline rakumembraan, mida nimetatakse ka plasmamembraaniks, on ultramikroskoopiline kile, mille paksus on viis kuni seitse nanomeetrit. See koosneb peamiselt valguühenditest, fosfoliidist, veest. Kile on elastne, imab kergesti vett ja taastab kiiresti ka pärast kahjustusi oma terviklikkuse.

Erineb universaalse struktuuri poolest. See membraan hõivab piiripositsiooni, osaleb selektiivse läbilaskvuse protsessis, lagunemisproduktide eritumises, sünteesib neid. suhted naabritega ja usaldusväärne kaitse kahjustustest tingitud sisemine sisu muudab selle oluliseks komponendiks sellises küsimuses nagu raku struktuur. Loomorganismide rakumembraan on mõnikord kaetud kõige õhema kihiga - glükokalüksiga, mis sisaldab valke ja polüsahhariide. Taimerakke väljaspool membraani kaitseb rakusein, mis toimib toena ja hoiab kuju. Selle koostise põhikomponent on kiudaine (tselluloos) - polüsahhariid, mis ei lahustu vees.

Seega täidab välimine rakumembraan parandamise, kaitse ja teiste rakkudega suhtlemise funktsiooni.

Rakumembraani struktuur

Selle liikuva kesta paksus varieerub kuuest kuni kümne nanomeetrini. Raku rakumembraanil on eriline koostis põhineb lipiidide kaksikkihil. Hüdrofoobsed sabad, vee suhtes inertsed, asetatud koos sees, samas kui veega suhtlevad hüdrofiilsed pead on suunatud väljapoole. Iga lipiid on fosfolipiid, mis on selliste ainete nagu glütserool ja sfingosiin koosmõju tulemus. Lipiidide karkass on tihedalt ümbritsetud valkudega, mis paiknevad mittepidevas kihis. Osa neist on sukeldatud lipiidikihti, ülejäänud läbivad seda. Selle tulemusena moodustuvad vett läbilaskvad alad. Nende valkude funktsioonid on erinevad. Mõned neist on ensüümid, ülejäänud on transportvalgud, mis kannavad erinevaid aineid keskkonnast tsütoplasmasse ja vastupidi.

Rakumembraan on läbi imbunud ja tihedalt seotud integraalsete valkudega, samas kui ühendus perifeersete valkudega on nõrgem. Need valgud täidavad olulist funktsiooni, milleks on membraani struktuuri säilitamine, keskkonna signaalide vastuvõtmine ja muundamine, ainete transportimine ja membraanidel toimuvate reaktsioonide katalüüsimine.

Ühend

Rakumembraani aluseks on bimolekulaarne kiht. Tänu oma järjepidevusele on rakus barjäär ja mehaanilised omadused. Erinevatel eluetappidel võib see kaksikkiht olla häiritud. Selle tulemusena tekivad läbi hüdrofiilsete pooride struktuursed defektid. Sel juhul võivad sellise komponendi, nagu rakumembraani, absoluutselt kõik funktsioonid muutuda. Sellisel juhul võib tuum välismõjude tõttu kannatada.

Omadused

Raku rakumembraanil on huvitavaid funktsioone. Tänu oma voolavusele ei ole see kest jäik struktuur ning suurem osa selle koostist moodustavatest valkudest ja lipiididest liigub vabalt membraani tasapinnal.

Üldiselt on rakumembraan asümmeetriline, seega on valgu- ja lipiidikihtide koostis erinev. Loomarakkude plasmamembraanide välisküljel on glükoproteiini kiht, mis täidab retseptori- ja signaalifunktsioone ning mängib ka suur roll rakkude koeks ühendamise protsessis. Rakumembraan on polaarne väljaspool laeng on positiivne ja seestpoolt negatiivne. Lisaks kõigele ülaltoodule on rakumembraanil selektiivne ülevaade.

See tähendab, et lisaks veele lastakse rakku ainult teatud rühm molekule ja lahustunud ainete ioone. Sellise aine nagu naatriumi kontsentratsioon enamikus rakkudes on palju madalam kui väliskeskkonnas. Kaaliumioonide puhul on iseloomulik erinev suhe: nende arv rakus on palju suurem kui rakus keskkond. Sellega seoses kipuvad naatriumiioonid tungima läbi rakumembraani ja kaaliumiioonid kipuvad vabanema väljaspool. Nendel asjaoludel aktiveerib membraan spetsiaalse süsteemi, mis täidab "pumpamise" rolli, ühtlustab ainete kontsentratsiooni: naatriumioonid pumbatakse välja raku pinnale ja kaaliumiioonid pumbatakse sissepoole. See funktsioon on lisatud olulised funktsioonid rakumembraan.

See naatriumi- ja kaaliumiioonide kalduvus liikuda pinnalt sissepoole mängib suurt rolli suhkru ja aminohapete transportimisel rakku. Naatriumioonide aktiivse eemaldamise käigus rakust loob membraan tingimused glükoosi ja aminohapete uueks sissevooluks. Vastupidi, kaaliumiioonide rakku ülekandmise protsessis täiendatakse raku seest väliskeskkonda lagunemissaaduste "transporterite" arvu.

Kuidas toimub raku toitmine läbi rakumembraani?

Paljud rakud võtavad aineid selliste protsesside kaudu nagu fagotsütoos ja pinotsütoos. Esimeses variandis luuakse painduva välismembraaniga väike süvend, milles kinnipüütud osake asub. Seejärel süvendi läbimõõt muutub suuremaks, kuni ümbritsetud osake siseneb raku tsütoplasmasse. Fagotsütoosi kaudu toidetakse mõned algloomad, näiteks amööb, aga ka vererakud - leukotsüüdid ja fagotsüüdid. Samamoodi imavad rakud vedelikku, mis sisaldab vajalikku kasulik materjal. Seda nähtust nimetatakse pinotsütoosiks.

Välismembraan on tihedalt seotud raku endoplasmaatilise retikulumiga.

Paljude koe põhikomponentide tüüpide puhul paiknevad membraani pinnal väljaulatuvad osad, voldid ja mikrovillid. taimerakud selle kesta väliskülg on kaetud teise, paksu ja mikroskoobi all selgelt eristatava kihiga. Kiud, millest need on valmistatud, aitavad toetada taimekudesid, näiteks puitu. Loomarakkudel on ka mitmeid väliseid struktuure, mis asuvad rakumembraani peal. Need on oma olemuselt eranditult kaitsvad, näiteks on putukate siserakkudes sisalduv kitiin.

Lisaks rakumembraanile on rakusisene membraan. Selle ülesanne on jagada rakk mitmeks spetsiaalseks suletud sektsiooniks – kambriteks ehk organellideks, kus tuleb säilitada teatud keskkond.

Seega on elusorganismi põhiüksuse sellise komponendi kui rakumembraani rolli võimatu üle hinnata. Struktuur ja funktsioonid hõlmavad raku kogupinna märkimisväärset laienemist, paranemist metaboolsed protsessid. See molekulaarstruktuur koosneb valkudest ja lipiididest. Eraldades raku väliskeskkonnast, tagab membraan selle terviklikkuse. Selle abiga hoitakse rakkudevahelised sidemed piisavalt tugeval tasemel, moodustades kudesid. Sellega seoses võib järeldada, et üks kriitilised rollid rakumembraan mängib rakus rolli. Selle struktuur ja funktsioonid on erinevates rakkudes sõltuvalt nende eesmärgist radikaalselt erinevad. Nende omaduste kaudu saavutatakse rakumembraanide mitmekülgne füsioloogiline aktiivsus ja nende roll rakkude ja kudede olemasolus.