bunková membrána- ide o bunkový obal, ktorý plní tieto funkcie: oddelenie obsahu bunky a vonkajšie prostredie, selektívny transport látok (výmena s vonkajším prostredím pre bunku), miesto výskytu niektorých biochemických reakcií, spájanie buniek do tkanív a príjem.

Bunkové membrány sa delia na plazmatické (intracelulárne) a vonkajšie. Hlavnou vlastnosťou akejkoľvek membrány je polopriepustnosť, to znamená schopnosť prechádzať iba určitými látkami. To umožňuje selektívnu výmenu medzi bunkou a vonkajším prostredím alebo výmenu medzi kompartmentmi bunky.

Plazmatické membrány sú lipoproteínové štruktúry. Lipidy spontánne vytvárajú dvojvrstvu (dvojvrstvu), v nej „plávajú“ membránové proteíny. Membrány obsahujú niekoľko tisíc rôzne bielkoviny: štruktúrne, nosiče, enzýmy atď. Medzi molekulami bielkovín sú póry, cez ktoré prechádzajú hydrofilné látky (lipidová dvojvrstva bráni ich priamemu prenikaniu do bunky). Na niektoré molekuly na povrchu membrány sú naviazané glykozylové skupiny (monosacharidy a polysacharidy), ktoré sa podieľajú na procese rozpoznávania buniek pri tvorbe tkaniva.

Membrány sa líšia svojou hrúbkou, zvyčajne medzi 5 a 10 nm. Hrúbka je určená veľkosťou molekuly amfifilného lipidu a je 5,3 nm. Ďalšie zvýšenie hrúbky membrány je spôsobené veľkosťou komplexov membránových proteínov. Záležiac ​​na vonkajších podmienok(regulátorom je cholesterol) štruktúra dvojvrstvy sa môže zmeniť tak, že sa stane hustejšou alebo tekutejšou - od toho závisí rýchlosť pohybu látok po membránach.

Medzi bunkové membrány patria: plazmalema, karyolema, membrány endoplazmatického retikula, Golgiho aparát, lyzozómy, peroxizómy, mitochondrie, inklúzie atď.

Lipidy sú nerozpustné vo vode (hydrofóbnosť), ale ľahko rozpustné v organických rozpúšťadlách a tukoch (lipofilita). Zloženie lipidov v rôznych membránach nie je rovnaké. Plazmatická membrána napríklad obsahuje veľa cholesterolu. Z lipidov v membráne sú to najčastejšie fosfolipidy (glycerofosfatidy), sfingomyelíny (sfingolipidy), glykolipidy a cholesterol.

Fosfolipidy, sfingomyelíny, glykolipidy sa skladajú z dvoch funkčne odlišných častí: hydrofóbna nepolárna, ktorá nenesie náboj - „chvosty“, pozostávajúce z mastné kyseliny a hydrofilné, obsahujúce nabité polárne "hlavy" - alkoholové skupiny (napríklad glycerín).

Hydrofóbna časť molekuly sa zvyčajne skladá z dvoch mastných kyselín. Jedna z kyselín je obmedzujúca a druhá je nenasýtená. To určuje schopnosť lipidov spontánne vytvárať dvojvrstvové (bilipidové) membránové štruktúry. Membránové lipidy plnia tieto funkcie: bariéra, transport, proteínové mikroprostredie, elektrický odpor membrány.

Membrány sa navzájom líšia súborom proteínových molekúl. Mnohé membránové proteíny pozostávajú z oblastí bohatých na polárne aminokyseliny (prenášajúce náboj) a oblastí s nepolárnymi aminokyselinami (glycín, alanín, valín, leucín). Takéto proteíny v lipidových vrstvách membrán sú umiestnené tak, že ich nepolárne oblasti sú akoby ponorené do "tukovej" časti membrány, kde sa nachádzajú hydrofóbne oblasti lipidov. Polárna (hydrofilná) časť týchto proteínov interaguje s lipidovými hlavami a je otočená smerom k vodnej fáze.

Biologické membrány majú spoločné vlastnosti:

membrány - uzavreté systémy, ktoré nedovoľujú, aby sa obsah bunky a jej priehradiek premiešal. Porušenie integrity membrány môže viesť k bunkovej smrti;

povrchová (rovinná, laterálna) pohyblivosť. V membránach dochádza k nepretržitému pohybu látok po povrchu;

asymetria membrány. Štruktúra vonkajších a povrchových vrstiev je chemicky, štruktúrne a funkčne heterogénna.

Bunkové membrány: ich štruktúra a funkcie

Membrány sú extrémne viskózne a zároveň plastické štruktúry, ktoré obklopujú všetky živé bunky. Funkcie bunkových membrán:

1. Plazmatická membrána je bariéra, ktorá udržiava rozdielne zloženie extra- a intracelulárneho prostredia.

2. Membrány tvoria vo vnútri bunky špecializované priehradky, t.j. početné organely - mitochondrie, lyzozómy, Golgiho komplex, endoplazmatické retikulum, jadrové membrány.

3. Enzýmy, ktoré sa podieľajú na premene energie v procesoch, ako je oxidačná fosforylácia a fotosyntéza, sú lokalizované v membránach.

Membránová štruktúra

V roku 1972 Singer a Nicholson navrhli model membránovej štruktúry fluidnej mozaiky. Podľa tohto modelu sú funkčné membrány dvojrozmerným roztokom globulárnych integrálnych proteínov rozpustených v kvapalnej fosfolipidovej matrici. Membrány sú teda založené na bimolekulárnej lipidovej vrstve s usporiadaným usporiadaním molekúl.

V tomto prípade je hydrofilná vrstva tvorená polárnou hlavou fosfolipidov (fosfátový zvyšok s naviazaným cholínom, etanolamínom alebo serínom) a tiež sacharidovou časťou glykolipidov. Hydrofóbna vrstva - uhľovodíkové radikály mastných kyselín a sfingozín fosfolipidov a glykolipidov.

Vlastnosti membrány:

1. Selektívna priepustnosť. Uzavretá dvojvrstva poskytuje jednu z hlavných vlastností membrány: je nepriepustná pre väčšinu molekúl rozpustných vo vode, pretože sa nerozpúšťajú v jej hydrofóbnom jadre. Plyny ako kyslík, CO 2 a dusík majú schopnosť ľahko prenikať do bunky vďaka malej veľkosti molekúl a slabej interakcii s rozpúšťadlami. Cez dvojvrstvu ľahko prenikajú aj molekuly lipidovej povahy, napríklad steroidné hormóny.

2. Likvidita. Lipidová dvojvrstva má kvapalno-kryštalickú štruktúru, pretože lipidová vrstva je vo všeobecnosti kvapalná, ale sú v nej oblasti tuhnutia, podobné kryštalickým štruktúram. Hoci je poloha molekúl lipidov usporiadaná, zachovávajú si schopnosť pohybu. Možné sú dva typy fosfolipidových pohybov: salto (vo vedeckej literatúre nazývané „flip-flop“) a laterálna difúzia. V prvom prípade sa fosfolipidové molekuly v bimolekulárnej vrstve navzájom proti sebe prevrátia (alebo kotrmelce) k sebe a vymenia si miesta v membráne, t.j. vonkajšok sa stáva vnútrom a naopak. Takéto skoky sú spojené s výdajom energie a sú veľmi zriedkavé. Častejšie sa pozorujú rotácie okolo osi (rotácia) a laterálna difúzia - pohyb vo vrstve rovnobežný s povrchom membrány.

3. Asymetria membrán. Povrchy tej istej membrány sa líšia zložením lipidov, bielkovín a sacharidov (priečne asymetria). Napríklad fosfatidylcholíny prevládajú vo vonkajšej vrstve, zatiaľ čo fosfatidyletanolamíny a fosfatidylseríny prevažujú vo vnútornej vrstve. Sacharidové zložky glykoproteínov a glykolipidov sa dostávajú na vonkajší povrch a vytvárajú súvislý vak nazývaný glykokalyx. Na vnútornom povrchu nie sú žiadne sacharidy. Proteíny - hormonálne receptory sú umiestnené na vonkajšom povrchu plazmatickej membrány a nimi regulované enzýmy - adenylátcykláza, fosfolipáza C - na vnútornej strane atď.

Membránové proteíny

Membránové fosfolipidy pôsobia ako rozpúšťadlo pre membránové proteíny, čím vytvárajú mikroprostredie, v ktorom tieto môžu fungovať. Počet rôznych proteínov v membráne sa pohybuje od 6-8 v sarkoplazmatickom retikule po viac ako 100 v plazmatickej membráne. Sú to enzýmy, transportné proteíny, štrukturálne proteíny, antigény vrátane antigénov hlavného histokompatibilného systému, receptory pre rôzne molekuly.

Lokalizáciou v membráne sa proteíny delia na integrálne (čiastočne alebo úplne ponorené v membráne) a periférne (umiestnené na jej povrchu). Niektoré integrálne proteíny prepichujú membránu opakovane. Napríklad retinálny fotoreceptor a β2-adrenergný receptor prechádzajú cez dvojvrstvu 7-krát.

Prenos hmoty a informácií cez membrány

Bunkové membrány nie sú tesne uzavreté priečky. Jednou z hlavných funkcií membrán je regulácia prenosu látok a informácií. Transmembránový pohyb malých molekúl sa uskutočňuje 1) difúziou, pasívnou alebo uľahčenou, a 2) aktívnym transportom. Transmembránový pohyb veľkých molekúl sa uskutočňuje 1) endocytózou a 2) exocytózou. Prenos signálu cez membrány sa uskutočňuje pomocou receptorov lokalizovaných na vonkajšom povrchu plazmatickej membrány. V tomto prípade signál buď prechádza transformáciou (napríklad glukagón cAMP), alebo je internalizovaný, spojený s endocytózou (napríklad LDL - LDL receptor).

Jednoduchá difúzia je prenikanie látok do bunky pozdĺž elektrochemického gradientu. V tomto prípade nie sú potrebné žiadne náklady na energiu. Rýchlosť jednoduchej difúzie je určená 1) transmembránovým koncentračným gradientom látky a 2) jej rozpustnosťou v hydrofóbnej vrstve membrány.

S uľahčenou difúziou sú látky transportované cez membránu aj po koncentračnom gradiente, bez nákladov na energiu, ale pomocou špeciálnych membránových nosných proteínov. Uľahčená difúzia sa preto líši od pasívnej v niekoľkých parametroch: 1) uľahčená difúzia sa vyznačuje vysokou selektivitou, keďže nosný proteín má aktívne centrum komplementárne k prenášanej látke; 2) rýchlosť uľahčenej difúzie je schopná dosiahnuť plató, pretože počet molekúl nosiča je obmedzený.

Niektoré transportné proteíny jednoducho prenášajú látku z jednej strany membrány na druhú. Takýto jednoduchý presun sa nazýva pasívny uniport. Príkladom uniportu je GLUT, transportér glukózy, ktorý prenáša glukózu cez bunkové membrány. Iné proteíny fungujú ako kotransportné systémy, v ktorých transport jednej látky závisí od súčasného alebo postupného transportu inej látky buď v rovnakom smere – takýto prenos sa nazýva pasívny symport, alebo v opačnom smere – takýto prenos sa nazýva tzv. pasívny antiport. Translokázy mitochondriálnej vnútornej membrány, najmä ADP/ATP translokáza, fungujú podľa pasívneho antiportového mechanizmu.

Pri aktívnom transporte sa prenos látky uskutočňuje proti koncentračnému gradientu, a preto je spojený s nákladmi na energiu. Ak je prenos ligandov cez membránu spojený s výdajom energie ATP, potom sa takýto prenos nazýva primárny aktívny transport. Príkladom je Na+K+-ATPáza a Ca2+-ATPáza lokalizovaná v plazmatickej membráne ľudských buniek a H+,K+-ATPáza žalúdočnej sliznice.

sekundárny aktívny transport. Transport niektorých látok proti koncentračnému gradientu závisí od súčasného alebo postupného transportu Na + (sodných iónov) pozdĺž koncentračného gradientu. V tomto prípade, ak sa ligand prenáša v rovnakom smere ako Na+, proces sa nazýva aktívny symport. Podľa mechanizmu aktívneho symportu sa glukóza absorbuje z lúmenu čreva, kde je jej koncentrácia nízka. Ak sa ligand prenáša v opačnom smere ako sodíkové ióny, potom sa tento proces nazýva aktívny antiport. Príkladom je Na +,Ca2+ výmenník plazmatickej membrány.

Bunková membrána.

Bunková membrána oddeľuje obsah akejkoľvek bunky od vonkajšieho prostredia a zabezpečuje jej celistvosť; reguluje výmenu medzi bunkou a prostredím; intracelulárne membrány rozdeľujú bunku na špecializované uzavreté kompartmenty - kompartmenty alebo organely, v ktorých sú udržiavané určité podmienky prostredia.

Štruktúra.

Bunková membrána je dvojitá vrstva (dvojvrstva) molekúl triedy lipidov (tukov), z ktorých väčšinu tvoria takzvané komplexné lipidy - fosfolipidy. Molekuly lipidov majú hydrofilnú („hlava“) a hydrofóbnu („chvost“) časť. Počas tvorby membrán sa hydrofóbne časti molekúl otáčajú dovnútra, zatiaľ čo hydrofilné časti sa otáčajú smerom von. Membrány sú veľmi podobné štruktúry v rôznych organizmoch. Hrúbka membrány je 7-8 nm. (10-9 metrov)

hydrofilnosť- schopnosť látky zmáčať sa vodou.
hydrofóbnosť- neschopnosť látky zmáčať vodou.

Biologická membrána tiež obsahuje rôzne proteíny:
- integrálny (prenikajúci cez membránu)
- polointegrálne (ponorené na jednom konci do vonkajšej alebo vnútornej lipidovej vrstvy)
- povrchové (umiestnené na vonkajších alebo priľahlých vnútorných stranách membrány).
Niektoré proteíny sú bodmi kontaktu bunkovej membrány s cytoskeletom vo vnútri bunky a bunkovej steny (ak existuje) vonku.

cytoskelet- bunkové lešenie vo vnútri bunky.

Funkcie.

1) Bariéra- zabezpečuje regulovaný, selektívny, pasívny a aktívny metabolizmus s okolím.

2) Doprava- cez membránu dochádza k transportu látok do bunky a von z bunky.matrica - zabezpečuje určitú relatívnu polohu a orientáciu membránových bielkovín, ich optimálnu interakciu.

3) Mechanické- zabezpečuje autonómiu bunky, jej vnútrobunkových štruktúr, ako aj spojenie s inými bunkami (v tkanivách).Veľkú úlohu pri zabezpečovaní mechanickej funkcie zohráva medzibunková látka.

4) Receptor- niektoré proteíny v membráne sú receptory (molekuly, pomocou ktorých bunka vníma určité signály).

Napríklad hormóny cirkulujúce v krvi pôsobia len na cieľové bunky, ktoré majú receptory zodpovedajúce týmto hormónom. Neurotransmitery ( chemických látok, ktoré zabezpečujú vedenie nervových vzruchov) sa viažu aj na špecifické receptorové proteíny cieľových buniek.

Hormóny- biologicky aktívne signálne chemikálie.

5) Enzymatické Membránové proteíny sú často enzýmy. Napríklad plazmatické membrány buniek črevného epitelu obsahujú tráviace enzýmy.

6) Realizácia tvorby a vedenia biopotenciálov.
Pomocou membrány sa v bunke udržiava konštantná koncentrácia iónov: koncentrácia iónu K + vo vnútri bunky je oveľa vyššia ako vonku a koncentrácia Na + je oveľa nižšia, čo je veľmi dôležité, pretože toto udržuje potenciálny rozdiel cez membránu a vytvára nervový impulz.

nervový impulz – vlna vzruchu prenášaná pozdĺž nervového vlákna.

7) Označenie buniek- na membráne sú antigény, ktoré fungujú ako markery - "štítky", ktoré umožňujú identifikovať bunku. Ide o glykoproteíny (čiže proteíny s rozvetvenými bočnými oligosacharidovými reťazcami, ktoré sú k nim pripojené), ktoré plnia úlohu „antén“. Vzhľadom na nespočetné množstvo konfigurácií bočných reťazcov je možné vytvoriť špecifický marker pre každý typ bunky. Pomocou markerov môžu bunky rozpoznať iné bunky a konať v zhode s nimi, napríklad pri tvorbe orgánov a tkanív. To tiež umožňuje imunitný systém rozpoznávať cudzie antigény.

vlastnosti priepustnosti.

Bunkové membrány majú selektívnu permeabilitu: pomaly cez ne prenikajú rôznymi spôsobmi:

• Glukóza je hlavným zdrojom energie.
• Aminokyseliny sú stavebnými kameňmi, ktoré tvoria všetky bielkoviny v tele.
• Mastné kyseliny – štrukturálne, energetické a iné funkcie.
• Glycerol – zadržiava vodu v tele a znižuje tvorbu moču.
• Ióny sú enzýmy pre reakcie.

Navyše samotné membrány tento proces do určitej miery aktívne regulujú – niektoré látky prechádzajú, iné nie. Existujú štyri hlavné mechanizmy na vstup látok do bunky alebo ich odstránenie z bunky von:

Mechanizmy pasívnej permeability:

1) Difúzia.

Variantom tohto mechanizmu je uľahčená difúzia, pri ktorej špecifická molekula pomáha látke prejsť cez membránu. Táto molekula môže mať kanál, ktorý umožňuje prechod len jedného typu látky.

Difúzia- proces vzájomného prenikania molekúl jednej látky medzi molekuly druhej.

Osmóza– proces jednosmernej difúzie cez semipermeabilnú membránu molekúl rozpúšťadla smerom k vyššej koncentrácii rozpustenej látky.

Membrána obklopujúca normálnu krvnú bunku je priepustná len pre molekuly vody, kyslík, niektoré živiny rozpustené v krvi a bunkové odpadové produkty.

Aktívne mechanizmy priepustnosti:

1) Aktívna doprava.

aktívny transport– prenos látky z oblasti s nízkou koncentráciou do oblasti s vysokou koncentráciou.

Aktívny transport vyžaduje energiu, pretože sa pohybuje z oblasti s nízkou koncentráciou do oblasti s vysokou koncentráciou. Na membráne sú špeciálne pumpové proteíny, ktoré aktívne pumpujú draselné ióny (K +) do bunky a pumpujú z nej sodíkové ióny (Na +), ATP slúži ako energia.

ATP– univerzálny zdroj energie pre všetky biochemické procesy. .(viac neskôr)

2) Endocytóza.

Častice, ktoré z nejakého dôvodu nie sú schopné prejsť cez bunkovú membránu, ale sú pre bunku nevyhnutné, môžu preniknúť cez membránu endocytózou.

Endocytóza– proces prijímania vonkajšieho materiálu bunkou.

Selektívna permeabilita membrány počas pasívneho transportu je spôsobená špeciálnymi kanálmi - integrálnymi proteínmi. Prenikajú cez membránu skrz-naskrz a vytvárajú akýsi priechod. Prvky K, Na a Cl majú svoje vlastné kanály. Vzhľadom na koncentračný gradient sa molekuly týchto prvkov pohybujú dovnútra a von z bunky. Pri podráždení sa kanály sodíkových iónov otvoria a dôjde k prudkému prílevu sodíkových iónov do bunky. To má za následok nerovnováhu membránového potenciálu. Potom sa membránový potenciál obnoví. Draslíkové kanály sú vždy otvorené, cez ktoré draselné ióny pomaly vstupujú do bunky.

Membránová štruktúra

Priepustnosť

aktívny transport

Osmóza

Endocytóza

V roku 1972 bola predložená teória, že čiastočne priepustná membrána obklopuje bunku a vykonáva množstvo životne dôležitých úloh a štruktúra a funkcie bunkových membrán sú významné problémy o správnom fungovaní všetkých buniek v tele. sa rozšíril v 17. storočí spolu s vynálezom mikroskopu. Zistilo sa, že rastlinné a živočíšne tkanivá sa skladajú z buniek, ale kvôli nízkemu rozlíšeniu zariadenia nebolo možné vidieť žiadne bariéry okolo živočíšnej bunky. V 20. storočí sa chemická podstata membrány študovala podrobnejšie, zistilo sa, že jej základom sú lipidy.

Štruktúra a funkcie bunkových membrán

Bunková membrána obklopuje cytoplazmu živých buniek a fyzicky oddeľuje vnútrobunkové zložky od vonkajšieho prostredia. Huby, baktérie a rastliny majú tiež bunkové steny, ktoré poskytujú ochranu a zabraňujú prechodu veľkých molekúl. Bunkové membrány tiež zohrávajú úlohu pri vývoji cytoskeletu a pripájaní ďalších životne dôležitých častíc k extracelulárnej matrici. To je nevyhnutné na to, aby ich držali pohromade a vytvorili tkanivá a orgány tela. Štrukturálne znaky bunkovej membrány zahŕňajú permeabilitu. Hlavnou funkciou je ochrana. Membrána pozostáva z fosfolipidovej vrstvy so zabudovanými proteínmi. Táto časť sa podieľa na procesoch ako napr bunkovej adhézie iónové vedenie a signalizačné systémy a slúži ako pripojovací povrch pre niekoľko extracelulárnych štruktúr, vrátane steny, glykokalyxu a vnútorného cytoskeletu. Membrána tiež udržiava potenciál bunky tým, že pôsobí ako selektívny filter. Je selektívne priepustný pre ióny a organické molekuly a riadi pohyb častíc.

Biologické mechanizmy zahŕňajúce bunkovú membránu

1. Pasívna difúzia: niektoré látky (malé molekuly, ióny), ako napríklad oxid uhličitý (CO2) a kyslík (O2), môžu difundovať cez plazmatickú membránu. Škrupina pôsobí ako bariéra pre určité molekuly a ióny, ktoré sa môžu koncentrovať na oboch stranách.

2. Transmembránové proteínové kanály a transportéry: Živiny ako glukóza alebo aminokyseliny musia vstúpiť do bunky a niektoré metabolické produkty ju musia opustiť.

3. Endocytóza je proces, pri ktorom sa vychytávajú molekuly. V plazmatickej membráne vzniká mierna deformácia (invaginácia), pri ktorej dochádza k prehltnutiu transportovanej látky. Vyžaduje energiu a je teda formou aktívneho transportu.

4. Exocytóza: vyskytuje sa v rôznych bunkách s cieľom odstrániť nestrávené zvyšky látok prinesených endocytózou, vylučovať látky, ako sú hormóny a enzýmy, a úplne transportovať látku cez bunkovú bariéru.

molekulárna štruktúra

Bunková membrána je biologická membrána, pozostávajúca najmä z fosfolipidov a oddeľujúca obsah celej bunky od vonkajšieho prostredia. Proces formovania prebieha spontánne s normálnych podmienkach. Pre pochopenie tohto procesu a správny popis štruktúry a funkcií bunkových membrán, ako aj vlastností, je potrebné posúdiť charakter fosfolipidových štruktúr, ktoré sa vyznačujú štrukturálnou polarizáciou. Keď fosfolipidy vo vodnom prostredí cytoplazmy dosiahnu kritickú koncentráciu, spájajú sa do miciel, ktoré sú vo vodnom prostredí stabilnejšie.

Vlastnosti membrány

• Stabilita. To znamená, že po vytvorení membrány je nepravdepodobné, že sa rozpadne.
• Pevnosť. Lipidová membrána je dostatočne spoľahlivá na to, aby zabránila prechodu polárnej látky, cez vytvorenú hranicu nemôžu prejsť rozpustené látky (ióny, glukóza, aminokyseliny), ani oveľa väčšie molekuly (bielkoviny).
• dynamický charakter. Toto je možno najdôležitejšia vlastnosť pri zvažovaní štruktúry bunky. Bunková membrána môže byť vystavená rôznym deformáciám, môže sa skladať a ohýbať bez toho, aby sa zrútila. Za zvláštnych okolností, ako je splynutie vezikúl alebo pučanie, sa môže zlomiť, ale len dočasne. Pri izbovej teplote sú jeho lipidové zložky v neustálom, chaotickom pohybe a tvoria stabilnú hranicu tekutiny.

Model tekutej mozaiky

Keď už hovoríme o štruktúre a funkciách bunkových membrán, je dôležité poznamenať, že v moderný pohľad Membránu ako model tekutej mozaiky uvažovali v roku 1972 vedci Singer a Nicholson. Ich teória odráža tri hlavné črty membránovej štruktúry. Integrály poskytujú mozaikovú šablónu pre membránu a sú schopné laterálneho pohybu v rovine kvôli variabilnej povahe organizácie lipidov. Transmembránové proteíny sú tiež potenciálne mobilné. Dôležitá vlastnosťštruktúra membrány je jej asymetria. Aká je štruktúra bunky? Bunková membrána, jadro, proteíny a tak ďalej. Bunka je základnou jednotkou života a všetky organizmy sa skladajú z jednej alebo viacerých buniek, pričom každá má prirodzenú bariéru, ktorá ju oddeľuje od prostredia. Toto vonkajšia hranica bunky sa tiež nazývajú plazmatická membrána. Skladá sa zo štyroch rôzne druhy molekuly: fosfolipidy, cholesterol, bielkoviny a sacharidy. Model tekutej mozaiky popisuje štruktúru bunkovej membrány nasledovne: pružná a elastická, konzistenciou podobná ako zeleninový olej, takže všetky jednotlivé molekuly jednoducho plávajú v kvapalnom médiu a všetky sa môžu v tomto obale pohybovať do strán. Mozaika je niečo, čo obsahuje veľa rôznych detailov. V plazmatickej membráne je zastúpený fosfolipidmi, molekulami cholesterolu, bielkovinami a sacharidmi.

Fosfolipidy

Fosfolipidy tvoria základnú štruktúru bunkovej membrány. Tieto molekuly majú dva odlišné konce: hlavu a chvost. Hlavný koniec obsahuje fosfátovú skupinu a je hydrofilný. To znamená, že je priťahovaný molekulami vody. Chvost sa skladá z atómov vodíka a uhlíka nazývaných reťazce mastných kyselín. Tieto reťazce sú hydrofóbne, neradi sa miešajú s molekulami vody. Tento proces je podobný tomu, čo sa stane, keď nalejete rastlinný olej do vody, to znamená, že sa v nej nerozpustí. Štrukturálne znaky bunkovej membrány sú spojené s takzvanou lipidovou dvojvrstvou, ktorá pozostáva z fosfolipidov. Hydrofilné fosfátové hlavice sú vždy umiestnené tam, kde je voda vo forme intracelulárnej a extracelulárnej tekutiny. Hydrofóbne konce fosfolipidov v membráne sú organizované tak, že ich chránia pred vodou.

Cholesterol, bielkoviny a sacharidy

Keď ľudia počujú slovo „cholesterol“, ľudia si zvyčajne myslia, že je to zlé. Cholesterol je však v skutočnosti veľmi dôležitou zložkou bunkových membrán. Jeho molekuly pozostávajú zo štyroch kruhov atómov vodíka a uhlíka. Sú hydrofóbne a vyskytujú sa medzi hydrofóbnymi chvostmi v lipidovej dvojvrstve. Ich význam spočíva v zachovaní konzistencie, spevňujú membrány, zabraňujú crossoveru. Molekuly cholesterolu tiež zabraňujú tomu, aby sa fosfolipidové chvosty dostali do kontaktu a stvrdli. To zaručuje plynulosť a pružnosť. Membránové proteíny pôsobia ako enzýmy na urýchlenie chemických reakcií, pôsobia ako receptory pre špecifické molekuly alebo transportujú látky cez bunkovú membránu.

Sacharidy alebo sacharidy sa nachádzajú iba na extracelulárnej strane bunkovej membrány. Spolu tvoria glykokalyx. Poskytuje odpruženie a ochranu plazmatickej membrány. Na základe štruktúry a typu sacharidov v glykokalyxe dokáže telo rozpoznať bunky a určiť, či tam majú byť alebo nie.

Membránové proteíny

Štruktúru bunkovej membrány si nemožno predstaviť bez takej významnej zložky, akou je proteín. Napriek tomu môžu mať výrazne nižšiu veľkosť ako iná dôležitá zložka - lipidy. Existujú tri hlavné typy membránových proteínov.

• Integrálne. Úplne pokrývajú dvojvrstvu, cytoplazmu a extracelulárne prostredie. Plnia transportnú a signalizačnú funkciu.
• Periférne. Proteíny sú pripojené k membráne elektrostatickými alebo vodíkovými väzbami na ich cytoplazmatických alebo extracelulárnych povrchoch. Sú zapojené hlavne ako prostriedok na pripojenie integrálnych proteínov.
• Transmembránové. Vykonávajú enzymatické a signalizačné funkcie a tiež modulujú základnú štruktúru lipidovej dvojvrstvy membrány.

Funkcie biologických membrán

Hydrofóbny efekt, ktorý reguluje správanie uhľovodíkov vo vode, riadi štruktúry tvorené membránovými lipidmi a membránovými proteínmi. Mnohé vlastnosti membránam dávajú nosiče lipidových dvojvrstiev, ktoré tvoria základnú štruktúru pre všetkých biologické membrány. Integrálne membránové proteíny sú čiastočne skryté v lipidovej dvojvrstve. transmembránové proteíny majú špecializovaná organizácia aminokyseliny v ich primárnej sekvencii.

Proteíny periférnej membrány sú veľmi podobné rozpustným proteínom, ale sú tiež viazané na membránu. Špecializované bunkové membrány majú špecializované bunkové funkcie. Ako štruktúra a funkcie bunkových membrán ovplyvňujú telo? Funkčnosť celého organizmu závisí od toho, ako sú usporiadané biologické membrány. Z intracelulárnych organel, extracelulárnych a medzibunkových interakcií membrán sa vytvárajú štruktúry potrebné na organizáciu a vykonávanie biologických funkcií. Mnohé štrukturálne a funkčné vlastnosti sú spoločné pre baktérie a obalené vírusy. Všetky biologické membrány sú postavené na lipidovej dvojvrstve, ktorá určuje prítomnosť množstva všeobecné charakteristiky. Membránové proteíny majú mnoho špecifických funkcií.

• Ovládanie. Plazmatické membrány buniek určujú hranice interakcie bunky s prostredím.
• Doprava. Intracelulárne membrány buniek sú rozdelené do niekoľkých funkčných blokov s rôznym vnútorným zložením, z ktorých každý je podporovaný potrebným dopravná funkcia v spojení s riadením priepustnosti.
• prenos signálu. Membránová fúzia poskytuje mechanizmus intracelulárnej vezikulárnej notifikácie a zabraňuje rôznym druhom vírusov voľne vstúpiť do bunky.

Význam a závery

Štruktúra vonkajšej bunkovej membrány ovplyvňuje celé telo. Hrá dôležitú úlohu pri ochrane integrity tým, že umožňuje preniknúť len vybraným látkam. Je tiež dobrým základom pre ukotvenie cytoskeletu a bunkovej steny, čo pomáha pri udržiavaní tvaru bunky. Lipidy tvoria asi 50 % hmoty membrány väčšiny buniek, aj keď sa to líši v závislosti od typu membrány. Štruktúra vonkajšej bunkovej membrány cicavcov je zložitejšia, obsahuje štyri hlavné fosfolipidy. Dôležitou vlastnosťou lipidových dvojvrstiev je, že sa správajú ako dvojrozmerná tekutina, v ktorej sa jednotlivé molekuly môžu voľne otáčať a pohybovať sa laterálne. Takáto tekutosť je dôležitou vlastnosťou membrán, ktorá sa určuje v závislosti od teploty a zloženia lipidov. Vzhľadom na štruktúru uhľovodíkového kruhu zohráva cholesterol úlohu pri určovaní tekutosti membrán. biologické membrány pre malé molekuly umožňujú bunke kontrolovať a udržiavať jej vnútornú štruktúru.

Vzhľadom na štruktúru bunky (bunková membrána, jadro atď.) môžeme konštatovať, že telo je samoregulačný systém, ktorý si bez vonkajšej pomoci nemôže ublížiť a vždy bude hľadať spôsoby, ako obnoviť, chrániť a správne fungovať. bunka.

Základnou stavebnou jednotkou živého organizmu je bunka, ktorá je diferencovaným úsekom cytoplazmy obklopeným bunkovou membránou. Vzhľadom na to, že bunka plní mnoho dôležitých funkcií, ako je rozmnožovanie, výživa, pohyb, obal musí byť plastický a hustý.

História objavu a výskumu bunkovej membrány

V roku 1925 Grendel a Gorder uskutočnili úspešný experiment na identifikáciu „tieňov“ erytrocytov, čiže prázdnych schránok. Napriek niekoľkým hrubým chybám vedci objavili lipidovú dvojvrstvu. V ich práci pokračovali Danielli, Dawson v roku 1935, Robertson v roku 1960. V dôsledku dlhoročnej práce a nahromadenia argumentov v roku 1972 vytvorili Singer a Nicholson model fluidnej mozaiky štruktúry membrány. Ďalšie experimenty a štúdie potvrdili prácu vedcov.

Význam

Čo je bunková membrána? Toto slovo sa začalo používať pred viac ako sto rokmi, v preklade z latinčiny znamená „film“, „koža“. Označte teda hranicu bunky, ktorá je prirodzenou bariérou medzi vnútorným obsahom a vonkajším prostredím. Štruktúra bunkovej membrány naznačuje polopriepustnosť, vďaka ktorej môže cez ňu voľne prechádzať vlhkosť, živiny a produkty rozkladu. Túto škrupinu možno nazvať hlavnou štrukturálnou zložkou organizácie bunky.

Zvážte hlavné funkcie bunkovej membrány

1. Oddeľuje vnútorný obsah bunky a zložky vonkajšieho prostredia.

2. Pomáha udržiavať stále chemické zloženie bunky.

3. Reguluje správny metabolizmus.

4. Poskytuje prepojenie medzi bunkami.

5. Rozpoznáva signály.

6. Ochranná funkcia.

"Plazmová škrupina"

Vonkajšia bunková membrána, nazývaná aj plazmatická membrána, je ultramikroskopický film s hrúbkou päť až sedem nanometrov. Pozostáva hlavne z bielkovinových zlúčenín, fosfolidov, vody. Fólia je elastická, ľahko absorbuje vodu a tiež rýchlo obnovuje svoju celistvosť po poškodení.

Líši sa univerzálnou štruktúrou. Táto membrána zaujíma hraničnú polohu, zúčastňuje sa procesu selektívnej permeability, vylučovania produktov rozpadu, syntetizuje ich. vzťah so susedmi a spoľahlivú ochranu vnútorný obsah pred poškodením z neho robí dôležitú zložku v takej záležitosti, ako je štruktúra bunky. Bunková membrána živočíšnych organizmov je niekedy pokrytá najtenšou vrstvou - glykokalyxom, ktorý zahŕňa proteíny a polysacharidy. Rastlinné bunky mimo membrány sú chránené bunkovou stenou, ktorá pôsobí ako opora a udržuje tvar. Hlavnou zložkou jeho zloženia je vláknina (celulóza) – polysacharid, ktorý je nerozpustný vo vode.

Vonkajšia bunková membrána teda plní funkciu opravy, ochrany a interakcie s inými bunkami.

Štruktúra bunkovej membrány

Hrúbka tohto pohyblivého obalu sa pohybuje od šiestich do desiatich nanometrov. Bunková membrána bunky má špeciálne zloženie na báze lipidovej dvojvrstvy. Hydrofóbne chvosty, inertné voči vode, umiestnené s vnútri, zatiaľ čo hydrofilné hlavy interagujúce s vodou smerujú von. Každý lipid je fosfolipid, ktorý je výsledkom interakcie látok, ako je glycerol a sfingozín. Lipidový skelet je tesne obklopený proteínmi, ktoré sú umiestnené v nesúvislej vrstve. Niektoré z nich sú ponorené do lipidovej vrstvy, ostatné ňou prechádzajú. V dôsledku toho sa vytvárajú vodopriepustné oblasti. Funkcie vykonávané týmito proteínmi sú rôzne. Niektoré z nich sú enzýmy, zvyšok sú transportné proteíny, ktoré prenášajú rôzne látky z prostredia do cytoplazmy a naopak.

Bunková membrána je preniknutá a úzko spojená s integrálnymi proteínmi, zatiaľ čo spojenie s periférnymi je menej silné. Tieto proteíny plnia dôležitú funkciu, ktorou je udržiavanie štruktúry membrány, prijímanie a konverzia signálov z prostredia, transport látok a katalyzovanie reakcií, ktoré na membránach prebiehajú.

Zlúčenina

Základom bunkovej membrány je bimolekulárna vrstva. Bunka má vďaka svojej kontinuite bariéru a mechanické vlastnosti. V rôznych fázach života môže byť táto dvojvrstva narušená. V dôsledku toho sa vytvárajú štrukturálne defekty priechodných hydrofilných pórov. V tomto prípade sa môžu zmeniť absolútne všetky funkcie takejto zložky, ako je bunková membrána. V tomto prípade môže jadro trpieť vonkajšími vplyvmi.

Vlastnosti

Bunková membrána bunky má zaujímavé funkcie. Vďaka svojej tekutosti nie je táto škrupina tuhou štruktúrou a väčšina proteínov a lipidov, ktoré tvoria jej zloženie, sa voľne pohybuje po rovine membrány.

Vo všeobecnosti je bunková membrána asymetrická, takže zloženie proteínovej a lipidovej vrstvy je odlišné. Plazmatické membrány v živočíšnych bunkách majú na vonkajšej strane glykoproteínovú vrstvu, ktorá vykonáva receptorové a signálne funkcie a tiež hrá veľkú rolu v procese spájania buniek do tkaniva. Bunková membrána je polárna vonku náboj je kladný a zvnútra záporný. Okrem všetkého vyššie uvedeného má bunková membrána selektívny pohľad.

To znamená, že okrem vody sa do bunky dostane len určitá skupina molekúl a iónov rozpustených látok. Koncentrácia látky, akou je sodík, je vo väčšine buniek oveľa nižšia ako vo vonkajšom prostredí. Pre draselné ióny je charakteristický iný pomer: ich počet v bunke je oveľa vyšší ako v životné prostredie. V tomto ohľade majú sodné ióny tendenciu prenikať cez bunkovú membránu a draselné ióny majú tendenciu sa uvoľňovať von. Za týchto okolností membrána aktivuje špeciálny systém, ktorý plní „čerpaciu“ úlohu, vyrovnáva koncentráciu látok: sodíkové ióny sú čerpané na povrch bunky a draselné ióny sú čerpané dovnútra. Táto funkcia je zahrnutá v základné funkcie bunková membrána.

Táto tendencia sodíkových a draselných iónov pohybovať sa smerom dovnútra z povrchu hrá veľkú úlohu pri transporte cukru a aminokyselín do bunky. V procese aktívneho odstraňovania sodných iónov z bunky membrána vytvára podmienky pre nové prítoky glukózy a aminokyselín dovnútra. Naopak, v procese prenosu iónov draslíka do bunky sa počet „prenášačov“ produktov rozpadu z vnútra bunky do vonkajšieho prostredia dopĺňa.

Ako je bunka vyživovaná cez bunkovú membránu?

Mnohé bunky prijímajú látky prostredníctvom procesov, ako je fagocytóza a pinocytóza. V prvom variante je ohybnou vonkajšou membránou vytvorené malé vybranie, v ktorom sa nachádza zachytená častica. Potom sa priemer priehlbiny zväčšuje, až kým obklopená častica nevstúpi do bunkovej cytoplazmy. Prostredníctvom fagocytózy sa kŕmia niektoré prvoky, ako je améba, ako aj krvinky - leukocyty a fagocyty. Podobne bunky absorbujú tekutinu, ktorá obsahuje potrebné užitočný materiál. Tento jav sa nazýva pinocytóza.

Vonkajšia membrána je tesne spojená s endoplazmatickým retikulom bunky.

V mnohých typoch základných zložiek tkaniva sa na povrchu membrány nachádzajú výbežky, záhyby a mikroklky. rastlinné bunky vonkajšia strana tejto škrupiny je pokrytá ďalšou, hrubou a pod mikroskopom jasne rozlíšiteľnou. Vlákno, z ktorého sú vyrobené, pomáha vytvárať podporu pre rastlinné tkanivá, ako je drevo. Živočíšne bunky majú tiež množstvo vonkajších štruktúr, ktoré sedia na vrchnej časti bunkovej membrány. Majú výlučne ochranný charakter, príkladom toho je chitín obsiahnutý v kožných bunkách hmyzu.

Okrem bunkovej membrány existuje intracelulárna membrána. Jeho funkciou je rozdeliť bunku na niekoľko špecializovaných uzavretých kompartmentov – kompartmentov alebo organel, kde musí byť zachované určité prostredie.

Nie je teda možné preceňovať úlohu takej zložky základnej jednotky živého organizmu, akou je bunková membrána. Štruktúra a funkcie zahŕňajú výrazné rozšírenie celkovej plochy povrchu bunky, zlepšenie metabolické procesy. Táto molekulárna štruktúra pozostáva z proteínov a lipidov. Membrána, ktorá oddeľuje bunku od vonkajšieho prostredia, zabezpečuje jej integritu. S jeho pomocou sa medzibunkové väzby udržiavajú na dostatočne silnej úrovni a tvoria tkanivá. V tejto súvislosti možno konštatovať, že jeden z kritických rolí bunková membrána hrá úlohu v bunke. Štruktúra a funkcie, ktoré vykonáva, sú v rôznych bunkách radikálne odlišné v závislosti od ich účelu. Prostredníctvom týchto znakov sa dosahuje rôznorodá fyziologická aktivita bunkových membrán a ich úlohy v existencii buniek a tkanív.