Antara Fungsi utama membran sel dapat dibedakan sebagai penghalang, transportasi, enzimatik dan reseptor. Membran sel (biologis) (alias plasmalemma, plasma atau membran sitoplasma) melindungi isi sel atau organelnya dari lingkungan, memberikan permeabilitas selektif untuk zat, enzim yang terletak di atasnya, serta molekul yang dapat "menangkap" berbagai sinyal kimia dan fisik.

Fungsionalitas ini disediakan oleh struktur khusus membran sel.

Dalam evolusi kehidupan di Bumi, sel pada umumnya hanya dapat terbentuk setelah munculnya membran yang memisahkan dan menstabilkan isi internal, mencegahnya hancur.

Dalam hal mempertahankan homeostasis (pengaturan diri dari keteguhan relatif dari lingkungan internal) fungsi penghalang membran sel terkait erat dengan transportasi.

Molekul kecil dapat melewati plasmalemma tanpa "pembantu", sepanjang gradien konsentrasi, yaitu dari daerah dengan konsentrasi tinggi zat tertentu ke daerah dengan konsentrasi rendah. Ini adalah kasus, misalnya, untuk gas yang terlibat dalam respirasi. Oksigen dan karbon dioksida berdifusi melalui membran sel ke arah di mana konsentrasinya saat ini lebih rendah.

Karena membran sebagian besar hidrofobik (karena lapisan lipid ganda), molekul polar (hidrofilik), bahkan yang kecil, seringkali tidak dapat menembusnya. Oleh karena itu, sejumlah protein membran bertindak sebagai pembawa molekul tersebut, mengikat mereka dan mengangkutnya melalui plasmalemma.

Protein integral (penetrasi membran) sering beroperasi berdasarkan prinsip membuka dan menutup saluran. Ketika sebuah molekul mendekati protein semacam itu, ia terhubung dengannya, dan salurannya terbuka. Zat ini atau yang lain melewati saluran protein, setelah itu konformasinya berubah, dan saluran menutup untuk zat ini, tetapi dapat terbuka untuk lewatnya zat lain. Pompa natrium-kalium bekerja sesuai dengan prinsip ini, memompa ion kalium ke dalam sel dan memompa ion natrium keluar darinya.

Fungsi enzimatik membran sel untuk tingkat yang lebih besar diimplementasikan pada membran organel sel. Sebagian besar protein yang disintesis dalam sel melakukan fungsi enzimatik. Duduk di membran dalam urutan tertentu, mereka mengatur konveyor ketika produk reaksi yang dikatalisis oleh satu protein enzim lolos ke yang berikutnya. "Pipa" semacam itu menstabilkan protein permukaan plasmalemma.

Terlepas dari universalitas struktur semua membran biologis (mereka dibangun menurut satu prinsip, mereka hampir sama di semua organisme dan dalam struktur sel membran yang berbeda), komposisi kimianya mungkin masih berbeda. Ada yang lebih cair dan lebih padat, ada yang memiliki lebih banyak protein tertentu, ada yang lebih sedikit. Selain itu, sisi yang berbeda (dalam dan luar) dari membran yang sama juga berbeda.

Membran yang mengelilingi sel (sitoplasma) di bagian luar memiliki banyak rantai karbohidrat yang menempel pada lipid atau protein (akibatnya terbentuk glikolipid dan glikoprotein). Banyak dari karbohidrat ini fungsi reseptor, rentan terhadap hormon tertentu, menangkap perubahan indikator fisik dan kimia di lingkungan.

Jika, misalnya, suatu hormon mengikat reseptor selulernya, maka bagian karbohidrat dari molekul reseptor mengubah strukturnya, diikuti oleh perubahan struktur bagian protein terkait yang menembus membran. Pada tahap berikutnya, berbagai reaksi biokimia dimulai atau ditangguhkan di dalam sel, yaitu, metabolismenya berubah, dan respons seluler terhadap "iritan" dimulai.

Selain empat fungsi membran sel yang terdaftar, yang lain dibedakan: matriks, energi, penandaan, pembentukan kontak antar sel, dll. Namun, mereka dapat dianggap sebagai "subfungsi" dari yang telah dipertimbangkan.

Unit struktural dasar organisme hidup adalah sel, yang merupakan bagian sitoplasma yang berbeda yang dikelilingi oleh membran sel. Mengingat fakta bahwa sel melakukan banyak fungsi penting, seperti reproduksi, nutrisi, pergerakan, cangkang harus plastis dan padat.

Sejarah penemuan dan penelitian membran sel

Pada tahun 1925, Grendel dan Gorder membuat eksperimen yang berhasil untuk mengidentifikasi "bayangan" eritrosit, atau cangkang kosong. Meskipun beberapa kesalahan besar dibuat, para ilmuwan menemukan lapisan ganda lipid. Pekerjaan mereka dilanjutkan oleh Danielli, Dawson pada tahun 1935, Robertson pada tahun 1960. Sebagai hasil dari kerja bertahun-tahun dan akumulasi argumen, pada tahun 1972 Singer dan Nicholson menciptakan model mosaik cair dari struktur membran. Eksperimen dan studi lebih lanjut mengkonfirmasi karya para ilmuwan.

Berarti

Apa itu membran sel? Kata ini mulai digunakan lebih dari seratus tahun yang lalu, diterjemahkan dari bahasa Latin yang berarti "film", "kulit". Jadi tentukan batas sel, yang merupakan penghalang alami antara konten internal dan lingkungan eksternal. Struktur membran sel menunjukkan semi-permeabilitas, karena kelembaban dan nutrisi dan produk pembusukan dapat dengan bebas melewatinya. Cangkang ini dapat disebut sebagai komponen struktural utama organisasi sel.

Pertimbangkan fungsi utama membran sel

1. Memisahkan isi internal sel dan komponen lingkungan eksternal.

2. Membantu menjaga komposisi kimia sel yang konstan.

3. Mengatur metabolisme yang benar.

4. Menyediakan interkoneksi antar sel.

5. Mengenali sinyal.

6. Fungsi perlindungan.

"kulit plasma"

Membran sel luar, juga disebut membran plasma, adalah film ultramikroskopik yang tebalnya lima hingga tujuh nanometer. Ini terutama terdiri dari senyawa protein, fosfolid, air. Film ini elastis, mudah menyerap air, dan juga dengan cepat mengembalikan integritasnya setelah rusak.

Berbeda dalam struktur universal. Membran ini menempati posisi batas, berpartisipasi dalam proses permeabilitas selektif, ekskresi produk peluruhan, mensintesisnya. Hubungan dengan "tetangga" dan perlindungan yang andal dari isi internal dari kerusakan membuatnya menjadi komponen penting dalam hal seperti struktur sel. Membran sel organisme hewan kadang-kadang ternyata ditutupi dengan lapisan tertipis - glikokaliks, yang meliputi protein dan polisakarida. Sel tumbuhan di luar membran dilindungi oleh dinding sel yang berfungsi sebagai penopang dan mempertahankan bentuk. Komponen utama komposisinya adalah serat (selulosa) - polisakarida yang tidak larut dalam air.

Dengan demikian, membran sel luar melakukan fungsi perbaikan, perlindungan, dan interaksi dengan sel lain.

Struktur membran sel

Ketebalan cangkang bergerak ini bervariasi dari enam hingga sepuluh nanometer. Membran sel sel memiliki komposisi khusus, yang dasarnya adalah lapisan ganda lipid. Ekor hidrofobik, yang lembam terhadap air, terletak di bagian dalam, sedangkan kepala hidrofilik, yang berinteraksi dengan air, diputar ke luar. Setiap lipid adalah fosfolipid, yang merupakan hasil interaksi zat seperti gliserol dan sphingosine. Perancah lipid dikelilingi oleh protein, yang terletak di lapisan non-kontinyu. Beberapa dari mereka terbenam dalam lapisan lipid, sisanya melewatinya. Akibatnya, daerah permeabel air terbentuk. Fungsi yang dilakukan oleh protein ini berbeda. Beberapa di antaranya adalah enzim, sisanya adalah protein transpor yang mentransfer berbagai zat dari lingkungan luar ke sitoplasma dan sebaliknya.

Membran sel ditembus dan berhubungan erat dengan protein integral, sedangkan hubungannya dengan protein perifer kurang kuat. Protein ini melakukan fungsi penting, yaitu mempertahankan struktur membran, menerima dan mengubah sinyal dari lingkungan, mengangkut zat, dan mengkatalisis reaksi yang terjadi pada membran.

Menggabungkan

Dasar membran sel adalah lapisan bimolekuler. Karena kontinuitasnya, sel memiliki penghalang dan sifat mekanik. Pada berbagai tahap kehidupan, bilayer ini dapat terganggu. Akibatnya, cacat struktural melalui pori-pori hidrofilik terbentuk. Dalam hal ini, benar-benar semua fungsi komponen seperti membran sel dapat berubah. Dalam hal ini, nukleus mungkin menderita pengaruh eksternal.

Properti

Membran sel sel memiliki fitur yang menarik. Karena fluiditasnya, cangkang ini bukan struktur yang kaku, dan sebagian besar protein dan lipid yang menyusun komposisinya bergerak bebas pada bidang membran.

Pada umumnya membran sel bersifat asimetris, sehingga komposisi lapisan protein dan lipidnya berbeda. Membran plasma pada sel hewan memiliki lapisan glikoprotein di sisi luarnya, yang melakukan fungsi reseptor dan sinyal, dan juga berperan penting dalam proses penggabungan sel menjadi jaringan. Membran sel bersifat polar, yaitu muatan di luar positif, dan di dalamnya negatif. Selain semua hal di atas, membran sel memiliki wawasan selektif.

Ini berarti bahwa selain air, hanya sekelompok molekul dan ion zat terlarut tertentu yang diizinkan masuk ke dalam sel. Konsentrasi zat seperti natrium di sebagian besar sel jauh lebih rendah daripada di lingkungan eksternal. Untuk ion kalium, rasio yang berbeda adalah karakteristik: jumlah mereka di dalam sel jauh lebih tinggi daripada di lingkungan. Dalam hal ini, ion natrium cenderung menembus membran sel, dan ion kalium cenderung dilepaskan ke luar. Dalam keadaan ini, membran mengaktifkan sistem khusus yang melakukan peran "pemompaan", meratakan konsentrasi zat: ion natrium dipompa keluar ke permukaan sel, dan ion kalium dipompa ke dalam. Fitur ini termasuk dalam fungsi membran sel yang paling penting.

Kecenderungan ion natrium dan kalium untuk bergerak ke dalam dari permukaan memainkan peran besar dalam pengangkutan gula dan asam amino ke dalam sel. Dalam proses mengeluarkan ion natrium secara aktif dari sel, membran menciptakan kondisi untuk aliran masuk baru glukosa dan asam amino di dalamnya. Sebaliknya, dalam proses pemindahan ion kalium ke dalam sel, jumlah "pengangkut" produk peluruhan dari dalam sel ke lingkungan eksternal diisi ulang.

Bagaimana sel diberi makan melalui membran sel?

Banyak sel mengambil zat melalui proses seperti fagositosis dan pinositosis. Pada varian pertama, ceruk kecil dibuat oleh membran luar yang fleksibel, di mana partikel yang ditangkap berada. Kemudian diameter ceruk menjadi lebih besar sampai partikel yang dikelilingi memasuki sitoplasma sel. Melalui fagositosis, beberapa protozoa, seperti amuba, serta sel darah - leukosit dan fagosit, diberi makan. Demikian pula, sel menyerap cairan yang mengandung nutrisi yang diperlukan. Fenomena ini disebut pinositosis.

Membran luar berhubungan erat dengan retikulum endoplasma sel.

Dalam banyak jenis komponen jaringan dasar, tonjolan, lipatan, dan mikrovili terletak di permukaan membran. Sel tumbuhan di luar cangkang ini ditutupi dengan yang lain, tebal dan terlihat jelas di bawah mikroskop. Serat yang mereka buat membantu membentuk dukungan untuk jaringan tanaman seperti kayu. Sel hewan juga memiliki sejumlah struktur eksternal yang berada di atas membran sel. Mereka secara eksklusif bersifat protektif, contohnya adalah kitin yang terkandung dalam sel integumen serangga.

Selain membran sel, ada membran intraseluler. Fungsinya untuk membagi sel menjadi beberapa kompartemen tertutup khusus - kompartemen atau organel, di mana lingkungan tertentu harus dipertahankan.

Dengan demikian, tidak mungkin untuk melebih-lebihkan peran komponen unit dasar organisme hidup seperti itu sebagai membran sel. Struktur dan fungsi menyiratkan perluasan yang signifikan dari total luas permukaan sel, peningkatan proses metabolisme. Struktur molekul ini terdiri dari protein dan lipid. Memisahkan sel dari lingkungan eksternal, membran memastikan integritasnya. Dengan bantuannya, ikatan antar sel dipertahankan pada tingkat yang cukup kuat, membentuk jaringan. Dalam hal ini, kita dapat menyimpulkan bahwa salah satu peran terpenting dalam sel dimainkan oleh membran sel. Struktur dan fungsi yang dilakukan olehnya sangat berbeda dalam sel yang berbeda, tergantung pada tujuannya. Melalui fitur-fitur ini, berbagai aktivitas fisiologis membran sel dan perannya dalam keberadaan sel dan jaringan tercapai.

Deskripsi Singkat:

Sazonov V.F. 1_1 Struktur membran sel [Sumber daya elektronik] // Kinesiologist, 2009-2018: [situs web]. Tanggal pembaruan: 06.02.2018..__.201_). _Struktur dan fungsi membran sel dijelaskan (sinonim: plasmalemma, plasmolemma, biomembran, membran sel, membran sel luar, membran sel, membran sitoplasma). Informasi awal ini diperlukan baik untuk sitologi maupun untuk memahami proses aktivitas saraf: eksitasi saraf, penghambatan, kerja sinapsis dan reseptor sensorik.

membran sel (plasma sebuah lemma atau plasma tentang kata pengantar singkat)

Definisi konsep

Membran sel (sinonim: plasmalemma, plasmolemma, membran sitoplasma, biomembran) adalah membran triple lipoprotein (yaitu "protein lemak") yang memisahkan sel dari lingkungan dan melakukan pertukaran dan komunikasi terkendali antara sel dan lingkungannya.

Hal utama dalam definisi ini bukanlah bahwa membran memisahkan sel dari lingkungan, tetapi hanya itu menghubungkan sel dengan lingkungan. membran adalah aktif struktur sel, itu terus bekerja.

Sebuah membran biologis adalah film bimolekular ultra tipis dari fosfolipid bertatahkan protein dan polisakarida. Struktur seluler ini mendasari sifat penghalang, mekanik dan matriks dari organisme hidup (Antonov VF, 1996).

Representasi figuratif dari membran

Bagi saya, membran sel tampak seperti pagar kisi dengan banyak pintu di dalamnya, yang mengelilingi wilayah tertentu. Setiap makhluk hidup kecil dapat dengan bebas bergerak maju mundur melalui pagar ini. Tetapi pengunjung yang lebih besar hanya bisa masuk melalui pintu, itupun tidak semua. Pengunjung yang berbeda hanya memiliki kunci untuk pintu mereka sendiri, dan mereka tidak dapat melewati pintu orang lain. Jadi, melalui pagar ini arus pengunjung terus mengalir, karena fungsi utama dari pagar membran ada dua: untuk memisahkan wilayah dari ruang sekitarnya dan sekaligus menghubungkannya dengan ruang sekitarnya. Untuk ini, ada banyak lubang dan pintu di pagar - !

Sifat Membran

1. Permeabilitas.

2. Semipermeabilitas (permeabilitas parsial).

3. Permeabilitas selektif (sinonim: selektif).

4. Permeabilitas aktif (sinonim: transpor aktif).

5. Permeabilitas terkendali.

Seperti yang Anda lihat, sifat utama membran adalah permeabilitasnya terhadap berbagai zat.

6. Fagositosis dan pinositosis.

7. Eksositosis.

8. Adanya potensial listrik dan kimia, lebih tepatnya, perbedaan potensial antara sisi dalam dan luar membran. Secara kiasan, dapat dikatakan bahwa "membran mengubah sel menjadi "baterai listrik" dengan mengontrol aliran ion". Detail: .

9. Perubahan potensial listrik dan kimia.

10. Iritabilitas. Reseptor molekuler khusus yang terletak di membran dapat terhubung dengan zat sinyal (kontrol), akibatnya keadaan membran dan seluruh sel dapat berubah. Reseptor molekuler memicu reaksi biokimia sebagai respons terhadap kombinasi ligan (zat kontrol) dengan mereka. Penting untuk dicatat bahwa zat pemberi sinyal bekerja pada reseptor dari luar, sementara perubahan berlanjut di dalam sel. Ternyata membran mentransmisikan informasi dari lingkungan ke lingkungan internal sel.

11. Aktivitas enzimatik katalitik. Enzim dapat tertanam dalam membran atau terkait dengan permukaannya (baik di dalam maupun di luar sel), dan di sana mereka melakukan aktivitas enzimatiknya.

12. Mengubah bentuk permukaan dan luasnya. Hal ini memungkinkan membran untuk membentuk pertumbuhan keluar atau, sebaliknya, invaginasi ke dalam sel.

13. Kemampuan untuk membentuk kontak dengan membran sel lain.

14. Adhesi - kemampuan untuk menempel pada permukaan padat.

Daftar singkat sifat membran

• Permeabilitas.
• Endositosis, Eksositosis, Transsitosis.
• Potensi.
• Sifat lekas marah.
• aktivitas enzimatik.
• Kontak.
• Adhesi.

Fungsi membran

1. Isolasi konten internal yang tidak lengkap dari lingkungan eksternal.

2. Hal utama dalam kerja membran sel adalah menukarkan berbagai zat antara sel dan lingkungan ekstraseluler. Ini karena sifat membran seperti permeabilitas. Selain itu, membran mengatur pertukaran ini dengan mengatur permeabilitasnya.

3. Fungsi penting lain dari membran adalah menciptakan perbedaan potensial kimia dan listrik antara sisi dalam dan sisi luarnya. Karena ini, di dalam sel memiliki potensi listrik negatif -.

4. Melalui membran juga dilakukan pertukaran informasi antara sel dan lingkungannya. Reseptor molekuler khusus yang terletak pada membran dapat mengikat zat pengatur (hormon, mediator, modulator) dan memicu reaksi biokimia dalam sel, yang menyebabkan berbagai perubahan dalam sel atau strukturnya.

Video:Struktur membran sel

Video kuliah:Detail tentang struktur membran dan transportasi

Struktur membran

Membran sel memiliki sifat universal tiga lapis struktur. Lapisan lemak mediannya terus menerus, dan lapisan protein atas dan bawah menutupinya dalam bentuk mosaik area protein individu. Lapisan lemak adalah dasar yang memastikan isolasi sel dari lingkungan, mengisolasinya dari lingkungan. Dengan sendirinya, ia melewati zat yang larut dalam air dengan sangat buruk, tetapi dengan mudah melewati zat yang larut dalam lemak. Oleh karena itu, permeabilitas membran untuk zat yang larut dalam air (misalnya, ion) harus dilengkapi dengan struktur protein khusus - dan.

Di bawah ini adalah mikrofotografi membran sel nyata dari sel yang bersentuhan, diperoleh dengan menggunakan mikroskop elektron, serta gambar skematis yang menunjukkan membran tiga lapis dan sifat mosaik dari lapisan proteinnya. Untuk memperbesar gambar, klik di atasnya.

Gambar terpisah dari lapisan lipid dalam (lemak) dari membran sel, diresapi dengan protein tertanam integral. Lapisan protein atas dan bawah dihilangkan agar tidak mengganggu pertimbangan lapisan ganda lipid

Gambar di atas: Representasi skematis membran sel (dinding sel) yang tidak lengkap dari Wikipedia.

Perhatikan bahwa lapisan protein luar dan dalam telah dihilangkan dari membran di sini sehingga kita dapat melihat dengan lebih baik lapisan lemak ganda lipid pusat. Dalam membran sel nyata, "pulau" protein besar mengapung di atas dan di bawah di sepanjang lapisan lemak (bola kecil pada gambar), dan membran menjadi lebih tebal, berlapis tiga: protein-lemak-protein . Jadi sebenarnya seperti sandwich dua protein "irisan roti" dengan lapisan tebal "mentega" di tengahnya, yaitu. memiliki struktur tiga lapis, bukan dua lapis.

Dalam gambar ini, bola biru dan putih kecil sesuai dengan "kepala" hidrofilik (dapat dibasahi) dari lipid, dan "string" yang melekat padanya sesuai dengan "ekor" hidrofobik (tidak dapat dibasahi). Dari protein, hanya protein membran ujung-ke-ujung integral (globul merah dan heliks kuning) yang ditampilkan. Titik oval kuning di dalam membran adalah molekul kolesterol Rantai manik-manik kuning-hijau di luar membran adalah rantai oligosakarida yang membentuk glikokaliks. Glycocalyx seperti karbohidrat ("gula") "bulu" pada membran, dibentuk oleh molekul karbohidrat-protein panjang yang menonjol darinya.

Hidup adalah "kantong protein-lemak" kecil yang diisi dengan isi seperti jeli semi-cair, yang ditembus oleh film dan tabung.

Dinding kantung ini dibentuk oleh lapisan lemak (lipid) ganda, ditutupi di dalam dan di luar dengan protein - membran sel. Oleh karena itu, membran dikatakan memiliki struktur tiga lapis : protein-lemak-protein. Di dalam sel juga terdapat banyak membran lemak serupa yang membagi ruang internalnya menjadi kompartemen-kompartemen. Organel seluler dikelilingi oleh membran yang sama: nukleus, mitokondria, kloroplas. Jadi membran adalah struktur molekul universal yang melekat pada semua sel dan semua organisme hidup.

Di sebelah kiri - tidak lagi nyata, tetapi model buatan dari sepotong membran biologis: ini adalah snapshot instan dari lapisan ganda fosfolipid adiposa (yaitu lapisan ganda) dalam proses pemodelan dinamika molekulernya. Sel perhitungan model ditampilkan - 96 molekul PQ ( f osphatidil X oline) dan 2304 molekul air, total 20544 atom.

Di sebelah kanan adalah model visual dari satu molekul lipid yang sama, dari mana membran lipid bilayer dirakit. Ia memiliki kepala hidrofilik (suka air) di bagian atas, dan dua ekor hidrofobik (takut air) di bagian bawah. Lipid ini memiliki nama sederhana: 1-steroyl-2-docosahexaenoyl-Sn-glycero-3-phosphatidylcholine (18:0/22:6(n-3)cis PC), tetapi Anda tidak perlu mengingatnya kecuali Anda rencanakan untuk membuat guru Anda pingsan dengan kedalaman pengetahuan Anda.

Anda dapat memberikan definisi ilmiah yang lebih tepat tentang sel:

adalah sistem biopolimer heterogen terstruktur yang dibatasi oleh membran aktif, berpartisipasi dalam satu set proses metabolisme, energi dan informasi, dan juga memelihara dan mereproduksi seluruh sistem secara keseluruhan.

Di dalam sel juga ditembus oleh membran, dan di antara membran tidak ada air, tetapi gel / sol kental dengan kepadatan bervariasi. Oleh karena itu, molekul-molekul yang berinteraksi dalam sel tidak mengapung bebas, seperti dalam tabung reaksi dengan larutan berair, tetapi sebagian besar duduk (tidak bergerak) pada struktur polimer sitoskeleton atau membran intraseluler. Dan oleh karena itu, reaksi kimia berlangsung di dalam sel hampir seperti dalam benda padat, dan bukan dalam cairan. Membran luar yang mengelilingi sel juga tercakup dalam enzim dan reseptor molekul, menjadikannya bagian sel yang sangat aktif.

Membran sel (plasmalemma, plasmolemma) adalah cangkang aktif yang memisahkan sel dari lingkungan dan menghubungkannya dengan lingkungan. © Sazonov V.F., 2016.

Dari definisi membran ini, dapat disimpulkan bahwa membran tidak hanya membatasi sel, tetapi aktif bekerja menghubungkannya dengan lingkungannya.

Lemak yang menyusun membran itu spesial, jadi molekulnya biasanya disebut bukan hanya lemak, tapi lipid, fosfolipid, sphingolipids. Film membran ganda, yaitu terdiri dari dua film yang saling menempel. Oleh karena itu, buku teks menulis bahwa dasar membran sel terdiri dari dua lapisan lipid (atau " lapisan ganda", yaitu lapisan ganda). Untuk setiap lapisan lipid individu, satu sisi dapat dibasahi oleh air, dan yang lainnya tidak. Jadi, film-film ini menempel satu sama lain secara tepat oleh sisi non-pembasahannya.

membran bakteri

Cangkang sel prokariotik bakteri gram negatif terdiri dari beberapa lapisan, ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Lapisan cangkang bakteri gram negatif:
1. Membran sitoplasma tiga lapis bagian dalam, yang bersentuhan dengan sitoplasma.
2. Dinding sel, yang terdiri dari murein.
3. Membran sitoplasma tiga lapis luar, yang memiliki sistem lipid yang sama dengan kompleks protein sebagai membran dalam.
Komunikasi sel bakteri gram negatif dengan dunia luar melalui struktur tiga langkah yang sedemikian kompleks tidak memberi mereka keuntungan dalam bertahan hidup dalam kondisi yang keras dibandingkan dengan bakteri gram positif yang memiliki cangkang kurang kuat. Mereka sama buruknya mentolerir suhu tinggi, keasaman tinggi, dan penurunan tekanan.

Video kuliah:Membran plasma. E.V. Cheval, Ph.D.

Video kuliah:Membran sebagai batas sel. A. Ilyaskin

Pentingnya Saluran Ion Membran

Sangat mudah untuk memahami bahwa hanya zat yang larut dalam lemak yang dapat masuk ke dalam sel melalui film lemak membran. Ini adalah lemak, alkohol, gas. Misalnya, dalam eritrosit, oksigen dan karbon dioksida dengan mudah masuk dan keluar langsung melalui membran. Tetapi air dan zat yang larut dalam air (misalnya, ion) tidak dapat melewati membran ke dalam sel mana pun. Ini berarti mereka membutuhkan lubang khusus. Tetapi jika Anda hanya membuat lubang di film berlemak, maka itu akan segera mengencang kembali. Apa yang harus dilakukan? Sebuah solusi ditemukan di alam: perlu untuk membuat struktur transpor protein khusus dan meregangkannya melalui membran. Ini adalah bagaimana saluran untuk lewatnya zat yang tidak larut dalam lemak diperoleh - saluran ion dari membran sel.

Jadi, untuk memberikan membrannya sifat tambahan permeabilitas untuk molekul polar (ion dan air), sel mensintesis protein khusus dalam sitoplasma, yang kemudian diintegrasikan ke dalam membran. Mereka terdiri dari dua jenis: protein pengangkut (misalnya, transpor ATPase) dan protein pembentuk saluran (pembentuk saluran). Protein ini tertanam dalam lapisan lemak ganda membran dan membentuk struktur transportasi dalam bentuk transporter atau dalam bentuk saluran ion. Berbagai zat yang larut dalam air sekarang dapat melewati struktur transpor ini, yang sebaliknya tidak dapat melewati film membran lemak.

Secara umum, protein yang tertanam dalam membran juga disebut integral, justru karena mereka, seolah-olah, termasuk dalam komposisi membran dan menembusnya terus menerus. Protein lain, tidak integral, membentuk, seolah-olah, pulau-pulau yang "mengambang" di permukaan membran: baik di sepanjang permukaan luarnya atau di sepanjang permukaan dalamnya. Lagi pula, semua orang tahu bahwa lemak adalah pelumas yang baik dan mudah meluncur di atasnya!

temuan

1. Secara umum, membrannya berlapis tiga:

1) lapisan luar protein "pulau",

2) "laut" dua lapis lemak (lipid bilayer), mis. film lipid ganda

3) lapisan dalam protein "pulau".

Tetapi ada juga lapisan luar yang longgar - glikokaliks, yang dibentuk oleh glikoprotein yang mencuat dari membran. Mereka adalah reseptor molekul yang mengikat kontrol sinyal.

2. Struktur protein khusus dibangun ke dalam membran, memastikan permeabilitasnya terhadap ion atau zat lain. Kita tidak boleh lupa bahwa di beberapa tempat lautan lemak diresapi dengan protein integral. Dan itu adalah protein integral yang membentuk spesial struktur transportasi membran sel (lihat bagian 1_2 Mekanisme transpor membran). Melalui mereka, zat memasuki sel, dan juga dikeluarkan dari sel ke luar.

3. Protein enzim dapat ditempatkan di setiap sisi membran (luar dan dalam), serta di dalam membran, yang mempengaruhi keadaan membran itu sendiri dan kehidupan seluruh sel.

Jadi membran sel adalah struktur variabel aktif yang secara aktif bekerja untuk kepentingan seluruh sel dan menghubungkannya dengan dunia luar, dan bukan hanya "cangkang pelindung". Ini adalah hal yang paling penting untuk diketahui tentang membran sel.

Dalam kedokteran, protein membran sering digunakan sebagai “target” untuk obat-obatan. Reseptor, saluran ion, enzim, sistem transportasi bertindak sebagai target tersebut. Baru-baru ini, selain membran, gen yang tersembunyi di dalam inti sel juga menjadi target obat.

Video:Pengantar Biofisika Membran Sel: Struktur Membran 1 (Vladimirov Yu.A.)

Video:Sejarah, struktur dan fungsi membran sel: Struktur membran 2 (Vladimirov Yu.A.)

© 2010-2018 Sazonov V.F., © 2010-2016 kineziolog.bodhy.

membran biologis.
Istilah "membran" (Latin membrana - kulit, film) mulai digunakan lebih dari 100 tahun yang lalu untuk merujuk pada batas sel, yang, di satu sisi, berfungsi sebagai penghalang antara isi sel dan lingkungan eksternal. , dan di sisi lain, sebagai partisi semi-permeabel di mana air dapat lewat dan beberapa zat. Namun, fungsi membran tidak habis, karena membran biologis membentuk dasar organisasi struktural sel.
Struktur membran. Menurut model ini, membran utama adalah lapisan ganda lipid, di mana ekor hidrofobik molekul diputar ke dalam dan kepala hidrofilik diputar ke luar. Lipid diwakili oleh fosfolipid - turunan dari gliserol atau sphingosine. Protein melekat pada lapisan lipid. Protein integral (transmembran) menembus membran dan terkait erat dengannya; perifer tidak menembus dan berhubungan dengan membran kurang kuat. Fungsi protein membran: mempertahankan struktur membran, menerima dan mengubah sinyal dari lingkungan. lingkungan, transportasi zat tertentu, katalisis reaksi yang terjadi pada membran. ketebalan membran adalah dari 6 sampai 10 nm.

Sifat membran:
1. Fluiditas. Membran bukanlah struktur yang kaku; sebagian besar protein dan lipidnya dapat bergerak dalam bidang membran.
2. Asimetri. Komposisi lapisan luar dan dalam baik protein maupun lipid berbeda. Selain itu, membran plasma sel hewan memiliki lapisan glikoprotein di luar (glikokaliks, yang melakukan fungsi sinyal dan reseptor, dan juga penting untuk menyatukan sel ke dalam jaringan)
3. Polaritas. Bagian luar membran membawa muatan positif, sedangkan bagian dalam membawa muatan negatif.
4. Permeabilitas selektif. Selain air, membran sel hidup hanya melewatkan molekul dan ion tertentu dari zat terlarut (Penggunaan istilah "semipermeabilitas" dalam kaitannya dengan membran sel tidak sepenuhnya benar, karena konsep ini menyiratkan bahwa membran hanya melewati pelarut molekul, sambil mempertahankan semua molekul dan ion terlarut.)

Membran sel luar (plasmalemma) adalah film ultramikroskopik setebal 7,5 nm, terdiri dari protein, fosfolipid, dan air. Film elastis, dibasahi dengan baik oleh air dan dengan cepat memulihkan integritas setelah kerusakan. Ia memiliki struktur universal, yang khas dari semua membran biologis. Posisi batas membran ini, partisipasinya dalam proses permeabilitas selektif, pinositosis, fagositosis, ekskresi produk ekskresi dan sintesis, dalam hubungannya dengan sel tetangga dan melindungi sel dari kerusakan, menjadikan perannya sangat penting. Sel-sel hewan di luar membran kadang-kadang ditutupi dengan lapisan tipis yang terdiri dari polisakarida dan protein - glikokaliks. Sel tumbuhan di luar membran sel memiliki dinding sel yang kuat yang menciptakan dukungan eksternal dan mempertahankan bentuk sel. Ini terdiri dari serat (selulosa), polisakarida yang tidak larut dalam air.

membran biologis- nama umum struktur permukaan aktif fungsional yang membatasi sel (membran seluler atau plasma) dan organel intraseluler (membran mitokondria, nuklei, lisosom, retikulum endoplasma, dll.). Mereka mengandung lipid, protein, molekul heterogen (glikoprotein, glikolipid) dan, tergantung pada fungsi yang dilakukan, banyak komponen kecil: koenzim, asam nukleat, antioksidan, karotenoid, ion anorganik, dll.

Fungsi terkoordinasi dari sistem membran - reseptor, enzim, mekanisme transportasi - membantu menjaga homeostasis sel dan pada saat yang sama dengan cepat merespons perubahan lingkungan eksternal.

Ke fungsi utama membran biologis dapat dikaitkan:

pemisahan sel dari lingkungan dan pembentukan kompartemen intraseluler (kompartemen);

kontrol dan regulasi pengangkutan berbagai macam zat melalui membran;

partisipasi dalam menyediakan interaksi antar sel, transmisi sinyal di dalam sel;

konversi energi bahan organik makanan menjadi energi ikatan kimia molekul ATP.

Organisasi molekuler membran plasma (sel) di semua sel kira-kira sama: terdiri dari dua lapisan molekul lipid dengan banyak protein spesifik yang termasuk di dalamnya. Beberapa protein membran memiliki aktivitas enzimatik, sementara yang lain mengikat nutrisi dari lingkungan dan memastikan transportasi mereka ke dalam sel melalui membran. Protein membran dibedakan oleh sifat hubungannya dengan struktur membran. Beberapa protein, disebut eksternal atau periferal , terikat secara longgar ke permukaan membran, yang lain, yang disebut internal atau integral , terendam di dalam membran. Protein perifer mudah diekstraksi, sedangkan protein integral hanya dapat diisolasi menggunakan deterjen atau pelarut organik. pada gambar. 4 menunjukkan struktur membran plasma.

Membran luar, atau plasma, dari banyak sel, serta membran organel intraseluler, seperti mitokondria, kloroplas, diisolasi dalam bentuk bebas dan komposisi molekulnya dipelajari. Semua membran mengandung lipid polar dalam jumlah mulai dari 20 hingga 80% dari massanya, tergantung pada jenis membrannya, sisanya terutama disumbangkan oleh protein. Jadi, dalam membran plasma sel hewan, jumlah protein dan lipid, sebagai suatu peraturan, kira-kira sama; membran mitokondria bagian dalam mengandung sekitar 80% protein dan hanya 20% lipid, sedangkan membran mielin sel otak, sebaliknya, mengandung sekitar 80% lipid dan hanya 20% protein.

Beras. 4. Struktur membran plasma

Bagian lipid dari membran adalah campuran dari berbagai jenis lipid polar. Lipid polar, yang meliputi fosfogliserolipid, sphingolipid, glikolipid, tidak disimpan dalam sel lemak, tetapi dimasukkan ke dalam membran sel, dan dalam rasio yang ditentukan secara ketat.

Semua lipid polar dalam membran terus diperbarui selama metabolisme; dalam kondisi normal, keadaan stasioner dinamis ditetapkan dalam sel, di mana laju sintesis lipid sama dengan laju pembusukannya.

Membran sel hewan terutama mengandung fosfogliserolipid dan, pada tingkat lebih rendah, sphingolipid; triasilgliserol hanya ditemukan dalam jumlah sedikit. Beberapa membran sel hewan, terutama membran plasma luar, mengandung sejumlah besar kolesterol dan esternya (Gbr. 5).

Gbr.5. Lipid membran

Saat ini, model yang diterima secara umum untuk struktur membran adalah model mosaik fluida yang diusulkan pada tahun 1972 oleh S. Singer dan J. Nicholson.

Menurutnya, protein dapat diibaratkan seperti gunung es yang mengapung di lautan lipid. Seperti disebutkan di atas, ada 2 jenis protein membran: integral dan perifer. Protein integral menembus membran melalui, mereka molekul amfipatik. Protein perifer tidak menembus membran dan kurang terkait erat dengannya. Bagian kontinu utama dari membran, yaitu matriksnya, adalah lapisan ganda lipid polar. Pada suhu sel normal, matriks berada dalam keadaan cair, yang disediakan oleh rasio tertentu antara asam lemak jenuh dan tak jenuh dalam ekor hidrofobik lipid polar.

Model mosaik cair juga menunjukkan bahwa pada permukaan protein integral yang terletak di membran terdapat gugus R residu asam amino (terutama gugus hidrofobik, yang menyebabkan protein tampak "larut" di bagian hidrofobik pusat bilayer) . Pada saat yang sama, pada permukaan protein perifer atau eksternal, terutama terdapat gugus R hidrofilik, yang tertarik ke kepala polar lipid yang bermuatan hidrofilik karena gaya elektrostatik. Protein integral, dan ini termasuk enzim dan protein transpor, aktif hanya jika mereka terletak di dalam bagian hidrofobik dari bilayer, di mana mereka memperoleh konfigurasi spasial yang diperlukan untuk manifestasi aktivitas (Gbr. 6). Harus ditekankan lagi bahwa baik antara molekul dalam lapisan ganda, maupun antara protein dan lipid dari lapisan ganda, tidak terbentuk ikatan kovalen.

Gbr.6. Protein membran

Protein membran dapat bergerak bebas pada bidang lateral. Protein perifer secara harfiah mengapung di permukaan "laut" bilayer, sedangkan protein integral, seperti gunung es, hampir seluruhnya terendam dalam lapisan hidrokarbon.

Sebagian besar membran tidak simetris, yaitu memiliki sisi yang tidak sama. Asimetri ini dimanifestasikan sebagai berikut:

· pertama, bahwa sisi dalam dan luar membran plasma sel bakteri dan hewan berbeda dalam komposisi lipid polar. Misalnya, lapisan lipid bagian dalam dari membran eritrosit manusia terutama mengandung fosfatidiletanolamin dan fosfatidilserin, sedangkan lapisan lipid luar mengandung fosfatidilkolin dan sfingomielin.

· kedua, beberapa sistem transpor dalam membran hanya bekerja dalam satu arah. Misalnya, pada membran eritrosit terdapat sistem transportasi (“pompa”) yang memompa ion Na + dari sel ke lingkungan, dan ion K + - di dalam sel karena energi yang dilepaskan selama hidrolisis ATP.

Ketiga, permukaan luar membran plasma mengandung sejumlah besar kelompok oligosakarida, yang merupakan kepala glikolipid dan rantai samping oligosakarida dari glikoprotein, sementara praktis tidak ada kelompok oligosakarida pada permukaan bagian dalam membran plasma.

Asimetri membran biologis dipertahankan karena fakta bahwa transfer molekul fosfolipid individu dari satu sisi lapisan ganda lipid ke sisi lain sangat sulit karena alasan energi. Molekul lipid polar mampu bergerak bebas di sisi bilayer, tetapi terbatas dalam kemampuannya untuk melompat ke sisi lain.

Mobilitas lipid tergantung pada kandungan relatif dan jenis asam lemak tak jenuh yang ada. Sifat hidrokarbon rantai asam lemak memberikan sifat membran fluiditas, mobilitas. Dengan adanya asam lemak tak jenuh cis, gaya kohesif antar rantai lebih lemah daripada dalam kasus asam lemak jenuh saja, dan lipid mempertahankan mobilitas tinggi bahkan pada suhu rendah.

Di sisi luar membran terdapat situs pengenalan khusus, yang berfungsi untuk mengenali sinyal molekuler tertentu. Misalnya, melalui membran beberapa bakteri merasakan sedikit perubahan konsentrasi nutrisi, yang merangsang pergerakan mereka menuju sumber makanan; fenomena ini disebut kemotaksis.

Membran berbagai sel dan organel intraseluler memiliki kekhususan tertentu karena struktur, komposisi kimia, dan fungsinya. Kelompok utama membran berikut pada organisme eukariotik dibedakan:

membran plasma (membran sel luar, plasmalemma),

membran inti

Retikulum endoplasma

membran aparatus Golgi, mitokondria, kloroplas, selubung mielin,

membran yang dapat dieksitasi.

Pada organisme prokariotik, selain membran plasma, ada formasi membran intracytoplasmic; pada prokariota heterotrofik, mereka disebut mesosom. Yang terakhir dibentuk oleh invaginasi ke dalam membran sel luar dan dalam beberapa kasus tetap berhubungan dengannya.

membran eritrosit terdiri dari protein (50%), lipid (40%) dan karbohidrat (10%). Bagian utama karbohidrat (93%) dikaitkan dengan protein, sisanya - dengan lipid. Di dalam membran, lipid tersusun secara asimetris berbeda dengan susunan simetris pada misel. Misalnya, sefalin ditemukan terutama di lapisan dalam lipid. Asimetri ini dipertahankan, tampaknya, karena pergerakan transversal fosfolipid dalam membran, dilakukan dengan bantuan protein membran dan karena energi metabolisme. Di lapisan dalam membran eritrosit terutama sphingomyelin, phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine, di lapisan luar - phosphatidylcholine. Membran eritrosit mengandung glikoprotein integral glikoforin, terdiri dari 131 residu asam amino dan menembus membran, dan yang disebut protein pita 3, terdiri dari 900 residu asam amino. Komponen karbohidrat glikoforin melakukan fungsi reseptor untuk virus influenza, fitohemagglutinin, dan sejumlah hormon. Protein integral lain yang mengandung sedikit karbohidrat dan menembus membran juga ditemukan di membran eritrosit. Dia dipanggil protein terowongan(komponen a), karena diasumsikan membentuk saluran untuk anion. Protein perifer yang terkait dengan sisi dalam membran eritrosit adalah spektrin.

Membran mielin , akson neuron yang mengelilinginya, berlapis-lapis, mengandung sejumlah besar lipid (sekitar 80%, setengahnya adalah fosfolipid). Protein membran ini penting untuk fiksasi garam membran yang terletak satu di atas yang lain.

membran kloroplas. Kloroplas ditutupi dengan membran dua lapis. Membran luar memiliki beberapa kemiripan dengan mitokondria. Selain membran permukaan ini, kloroplas memiliki sistem membran internal - lamela. Bentuk lamela atau vesikel pipih - tilakoid, yang terletak satu di atas yang lain, dikumpulkan dalam kemasan (grana) atau membentuk sistem membran stroma (lamela stroma). Lamella gran dan stroma di sisi luar membran tilakoid adalah gugus hidrofilik pekat, galakto- dan sulfolipid. Bagian fitolik dari molekul klorofil terbenam dalam globul dan bersentuhan dengan gugus hidrofobik protein dan lipid. Inti porfirin klorofil terutama terlokalisasi di antara membran tilakoid gran yang bersebelahan.

Membran dalam (sitoplasma) bakteri strukturnya mirip dengan membran dalam kloroplas dan mitokondria. Ini mengandung enzim rantai pernapasan, transpor aktif; enzim yang terlibat dalam pembentukan komponen membran. Komponen utama membran bakteri adalah protein: rasio protein/lipid (berdasarkan berat) adalah 3:1. Membran luar bakteri gram negatif, dibandingkan dengan membran sitoplasma, mengandung sejumlah kecil fosfolipid dan protein. Kedua membran berbeda dalam komposisi lipid. Membran luar mengandung protein yang membentuk pori-pori untuk penetrasi banyak zat dengan berat molekul rendah. Komponen karakteristik membran luar juga merupakan lipopolisakarida spesifik. Sejumlah protein membran luar berfungsi sebagai reseptor untuk fag.

membran virus. Di antara virus, struktur membran merupakan ciri khas yang mengandung nukleokapsid, yang terdiri dari protein dan asam nukleat. "Inti" virus ini dikelilingi oleh membran (amplop). Ini juga terdiri dari lapisan ganda lipid dengan glikoprotein yang termasuk di dalamnya, yang terletak terutama di permukaan membran. Pada sejumlah virus (mikrovirus), 70-80% dari semua protein memasuki membran, protein yang tersisa terkandung dalam nukleokapsid.

Jadi, membran sel adalah struktur yang sangat kompleks; kompleks molekul penyusunnya membentuk mosaik dua dimensi yang teratur, yang memberikan spesifisitas biologis permukaan membran.