Membran sel sitoplasma terdiri dari tiga lapisan:

Eksternal - protein;

Tengah - lapisan lipid bimolekuler;

Dalam - protein.

Ketebalan membran adalah 7,5-10 nm. Lapisan bimolekular lipid adalah matriks membran. Molekul lipid dari kedua lapisannya berinteraksi dengan molekul protein yang terbenam di dalamnya. Dari 60 hingga 75% lipid membran adalah fosfolipid, 15-30% kolesterol. Protein diwakili terutama oleh glikoprotein. Membedakan protein integral mencakup seluruh membran, dan periferal terletak di permukaan luar atau dalam.

protein integral membentuk saluran ion yang menyediakan pertukaran ion tertentu antara cairan ekstra dan intraseluler. Mereka juga merupakan enzim yang melakukan transpor ion antigradien melintasi membran.

Protein perifer adalah kemoreseptor pada permukaan luar membran, yang dapat berinteraksi dengan berbagai zat aktif fisiologis.

Fungsi membran:

1. Memastikan integritas sel sebagai unit struktural jaringan.

Melakukan pertukaran ion antara sitoplasma dan cairan ekstraseluler.

Menyediakan transpor aktif ion dan zat lain ke dalam dan ke luar sel.

Menghasilkan persepsi dan pemrosesan informasi yang datang ke sel dalam bentuk sinyal kimia dan listrik.

Mekanisme rangsangan sel. Sejarah studi fenomena bioelektrik.

Pada dasarnya, informasi yang ditransmisikan dalam tubuh berupa sinyal listrik (misalnya impuls saraf). Kehadiran listrik hewan pertama kali ditetapkan oleh naturalis (fisiolog) L. Galvani pada tahun 1786. Untuk mempelajari listrik atmosfer, ia menggantungkan persiapan neuromuskular dari kaki katak pada kait tembaga. Saat cakar ini menyentuh pagar besi balkon, otot-ototnya berkontraksi. Ini menunjukkan aksi semacam listrik pada saraf persiapan neuromuskular. Galvani menilai hal ini disebabkan oleh adanya listrik di dalam jaringan hidup itu sendiri. Namun, A. Volta menemukan bahwa sumber listrik adalah tempat kontak dua logam yang berbeda - tembaga dan besi. Dalam fisiologi Pengalaman klasik pertama Galvani itu dianggap menyentuh saraf persiapan neuromuskular dengan pinset bimetal yang terbuat dari tembaga dan besi. Untuk membuktikan kasusnya, Galvani menghasilkan pengalaman kedua. Dia melemparkan ujung saraf yang mempersarafi persiapan neuromuskular di atas potongan ototnya. Hasilnya adalah kontraksi. Namun, pengalaman ini tidak meyakinkan rekan-rekan Galvani. Oleh karena itu, Matteuchi Italia lain membuat eksperimen berikut. Dia melapiskan saraf satu persiapan katak neuromuskular pada otot yang kedua, yang berkontraksi di bawah pengaruh arus yang menjengkelkan. Akibatnya, obat pertama juga mulai menurun. Ini menunjukkan transfer listrik (potensial aksi) dari satu otot ke otot lainnya. Adanya perbedaan potensial antara bagian otot yang rusak dan tidak rusak pertama kali ditetapkan secara akurat pada abad ke-19 menggunakan string galvanometer (amperemeter) oleh Matteuchi. Selain itu, potongan memiliki muatan negatif, dan permukaan otot positif. .

Struktur sel prokariotik. fungsi organel.

Sel prokariotik memiliki sejumlah fitur mendasar yang terkait dengan organisasi ultrastruktural dan kimiawinya (Gbr. 1). Struktur yang terletak di luar CPM (dinding sel, kapsul, membran mukosa, flagela, vili) biasanya disebut struktur permukaan. Istilah "membran sel" sering mengacu pada semua lapisan yang terletak di luar CPM (dinding sel, kapsul, selaput lendir). CPM bersama dengan sitoplasma disebut protoplas. Mari kita pertimbangkan terlebih dahulu struktur, komposisi kimia dan fungsi struktur sel permukaan.

Beras. 1. Gambar gabungan sel prokariotik. TETAPI - struktur seluler permukaan dan formasi ekstraseluler: 1 - dinding sel; 2 - kapsul; 3 - sekresi lendir; 4 - kasus; 5 - flagela; 6 - vili; B - struktur sel sitoplasma: 7 - CPM; 8 - nukleoid; 9 - ribosom; 10 - sitoplasma; 11 - kromatofora; 12 - klorosom; 13 - tilakoid pipih; 14 - fikobilisom; 15 - tilakoid berbentuk tabung; 16 - mesosom; 17 - aerosom (vakuola gas); 18 - struktur pipih; B - zat cadangan: 19 - butiran polisakarida; 20 - butiran asam poli-b-hidroksibutirat; 21 - butiran polifosfat; 22 - butiran cyanophycin; 23 - karboksisome (badan polihedral); 24 - inklusi belerang; 25 - tetes lemak; 26 - butiran hidrokarbon (menurut Schlegel, 1972)

Wajib (organel utama)

membran sitoplasma

Isi sel dipisahkan dari dinding sel oleh membran sitoplasma (CPM) - elemen struktural penting dari setiap sel, pelanggaran integritas yang menyebabkan hilangnya viabilitas sel. CPM menyumbang 8-15% dari bahan kering sel.

CPM adalah kompleks protein-lipid, di mana protein membentuk 50-75%, lipid - dari 15 hingga 45%. Selain itu, sejumlah kecil karbohidrat ditemukan di membran. Sebagai aturan, lipid dan protein membentuk 95% atau lebih dari substansi membran. Komponen lipid utama membran bakteri adalah fosfolipid - turunan dari 3-fosfogliserol. Meskipun banyak fosfolipid yang berbeda telah ditemukan pada prokariota, kumpulan mereka sebagian besar adalah genus- dan bahkan spesies-spesifik. Berbagai glikolipid secara luas terwakili dalam membran bakteri. Sterol tidak ada di sebagian besar prokariota, dengan pengecualian perwakilan kelompok mikoplasma dan beberapa bakteri. Ya, di CPM Akoleplasma mengandung 10-30% kolesterol yang diserap dari lingkungan eksternal, dari total kandungan lipid membran. Dari kelompok lain lipid, karotenoid, kuinon, dan hidrokarbon ditemukan di membran prokariota.

Struktur membran. Lipid membran dari semua eubacteria dan bagian archaebacteria membentuk lapisan ganda di mana "kepala" molekul hidrofilik diputar ke luar, dan "ekor" hidrofobik terbenam dalam ketebalan membran (Gbr. 2). Rantai hidrokarbon yang berdekatan dengan "kepala" hidrofilik agak kaku, sedangkan bagian "ekor" yang lebih jauh memiliki fleksibilitas yang cukup.

Gambar 2 Model struktur membran biologis dasar: 1 - molekul lipid: sebuah -"kepala" hidrofilik; b -"ekor" hidrofobik; 2 - molekul protein: di - integral; G - periferal; d - dangkal.

1. pelindung

2. transportasi

3. partisipasi dalam pertukaran energi

4. partisipasi dalam fotosintesis

5. partisipasi dalam distribusi materi genetik

Fungsi 3-5 adalah karakteristik hanya untuk prokariota

Fungsi CPM pada prokariota. CPM prokariota melakukan berbagai fungsi, terutama disediakan oleh protein enzimatik yang sesuai yang terlokalisasi di dalamnya. Awalnya, fungsi penghalang membran sel didalilkan, yang kemudian menerima konfirmasi eksperimental. Dengan bantuan pembawa khusus yang disebut translokase, transfer selektif berbagai molekul dan ion organik dan anorganik melalui membran dilakukan. Ini mengandung enzim yang mengkatalisis langkah terakhir dalam sintesis lipid membran, komponen dinding sel, dan beberapa zat lainnya.

Peran CPM prokariota dalam transformasi energi seluler umumnya diakui. Pada bakteri yang sumber energinya adalah proses respirasi atau fotosintesis, pembawa rantai transpor elektron terletak di CPM dengan cara tertentu, yang fungsinya mengarah pada pembangkitan energi elektrokimia (Dm H +), yang kemudian digunakan di dalam sel melalui berbagai saluran, termasuk untuk pembentukan energi kimia (ATP). CPM merupakan salah satu komponen peralatan pembangkit Dm H+ . Membran juga mengandung kompleks enzim yang menyediakan transformasi: Dm H + ® ATP. CPM mengambil bagian dalam replikasi dan pembelahan selanjutnya dari kromosom sel prokariotik.

Baru-baru ini, aspek fungsional lain dari membran sel telah terungkap - peran integrasinya dalam tubuh, yang sepenuhnya dikombinasikan dengan fungsi pemisah (penghalang) yang telah lama ada. Sel adalah keseluruhan. Membran memainkan peran penting dalam memastikan prinsip organisasi seluler ini. Transfer energi elektrokimia dan elektron sepanjang membran ditunjukkan. Yang terakhir ini juga dianggap sebagai rute yang memungkinkan untuk pengangkutan substrat yang larut dalam lemak dan oksigen molekuler.

CPM adalah penghalang utama yang memastikan masuk dan keluar selektif dari sel berbagai zat dan ion (Dalam bentuk gram positif, CPM adalah satu-satunya penghalang semacam ini, pada eubacteria gram negatif, fungsi penghalang tambahan (molekul "saringan") dilakukan oleh membran luar dinding sel, di mana molekul diangkut hanya dengan mekanisme difusi pasif.) Hal ini dilakukan dengan menggunakan mekanisme transpor membran yang berbeda. Ada 4 jenis sistem transpor, yang melibatkan penetrasi molekul ke dalam sel bakteri: difusi pasif, difusi terfasilitasi, transpor aktif, dan transfer molekul yang dimodifikasi secara kimia.

Molekul air, beberapa gas (misalnya, O 2 , H 2 , N 2) dan hidrokarbon, yang konsentrasinya di lingkungan eksternal lebih tinggi daripada di dalam sel, melewati CPM ke dalam sel melalui difusi pasif. Kekuatan pendorong dari proses ini adalah gradien konsentrasi zat di kedua sisi membran. Senyawa utama yang masuk dan keluar sel dengan cara ini adalah air. Pergerakan air melalui membran, mematuhi hukum difusi pasif, mengarah pada kesimpulan bahwa ada pori-pori di membran. Pori-pori ini belum terlihat dengan mikroskop elektron, tetapi beberapa data diperoleh dengan metode tidak langsung. Telah dihitung dengan perhitungan bahwa pori-pori harus sangat kecil dan menempati sebagian kecil dari permukaan CPM. Disarankan bahwa mereka bukan formasi struktural yang stabil, tetapi muncul sebagai akibat dari penataan ulang sementara dari organisasi molekuler membran.

Sebagian besar (jika tidak semua) zat hidrofilik memasuki sel melalui fungsi sistem yang mencakup pembawa khusus (translokase, atau permease), karena laju difusi fisik zat ini melalui lapisan hidrofobik membran sangat rendah. Pembawa adalah zat yang bersifat protein, terlokalisasi di membran dan dicirikan oleh spesifisitas substrat yang tinggi, mengikat substrat, mengalami perubahan konformasi dan, sebagai hasilnya, memperoleh kemampuan untuk memindahkan substrat dari satu sisi CPM ke sisi lainnya.

Mekanisme transpor dikenal, yang disebut difusi terfasilitasi, yang membutuhkan partisipasi translokase untuk transfer zat melintasi membran. Perpindahan zat dalam hal ini terjadi sepanjang gradien konsentrasinya dan tidak memerlukan biaya energi. Mekanisme transportasi ini tidak banyak digunakan pada prokariota. Mekanisme utama transpor selektif zat melalui CPM prokariota adalah transpor aktif, yang memungkinkan untuk "memompa" molekul dan ion ke dalam sel melawan konsentrasi dan gradien listriknya. Proses ini, seperti difusi terfasilitasi, berlangsung dengan partisipasi pembawa protein yang terlokalisasi di CPM dengan spesifisitas substrat yang tinggi, tetapi, berbeda dengan difusi terfasilitasi, proses ini membutuhkan energi metabolik untuk bergerak melawan gradien elektrokimia. Transportasi semacam ini karena itu harus melibatkan reaksi yang menghasilkan energi dalam bentuk kimia atau elektrokimia.

Dalam semua jalur yang dijelaskan di atas untuk transfer zat melalui CPM, mereka memasuki sel dalam bentuk kimia yang tidak berubah. Pada prokariota, sistem transportasi diketahui, dengan bantuan sejumlah gula masuk ke dalam sel, sedangkan proses transfernya melalui membran disertai dengan modifikasi kimia molekul. Beginilah, misalnya, masuknya banyak molekul glukosa ke dalam sel prokariota, selama mereka difosforilasi.

dinding sel

Dinding sel adalah elemen struktural penting dan wajib dari sebagian besar sel prokariotik, terletak di bawah kapsul atau selaput lendir atau bersentuhan langsung dengan lingkungan (dalam sel yang tidak mengandung lapisan membran sel ini). Dinding sel menyumbang 5 sampai 50% dari bahan kering sel. Dinding sel berfungsi sebagai penghalang mekanis antara protoplas dan lingkungan eksternal dan memberikan sel bentuk tertentu yang melekat. Konsentrasi garam dalam sel biasanya jauh lebih tinggi daripada di lingkungan, dan oleh karena itu ada perbedaan besar dalam tekanan osmotik di antara mereka. Dinding sel secara mekanis melindungi sel dari penetrasi kelebihan air ke dalamnya.Dalam hal struktur dan komposisi kimia, dinding sel prokariota berbeda tajam dari organisme eukariotik. Ini terdiri dari kompleks polimer spesifik yang tidak ditemukan dalam struktur seluler lainnya. Komposisi kimia dan struktur dinding sel adalah konstan untuk spesies tertentu dan merupakan fitur diagnostik yang penting. Tergantung pada struktur dinding sel, prokariota yang terkait dengan eubacteria dibagi menjadi dua kelompok besar. Telah ditemukan bahwa jika sel-sel eubacteria yang terfiksasi diperlakukan pertama-tama dengan kristal violet dan kemudian dengan yodium, kompleks berwarna akan terbentuk. Selama pengobatan selanjutnya dengan alkohol, tergantung pada struktur dinding sel, nasib kompleks berbeda: dalam apa yang disebut spesies gram positif, kompleks ini dipertahankan oleh sel, dan yang terakhir tetap berwarna, dalam gram- spesies negatif, sebaliknya, kompleks berwarna dicuci keluar dari sel, dan mereka menjadi berubah warna. Pada beberapa eubacteria, reaksi positif bila diwarnai dengan metode yang dijelaskan di atas hanya merupakan karakteristik sel yang berada dalam tahap pertumbuhan aktif. Ditemukan bahwa kompleks berwarna terbentuk pada protoplas, tetapi retensinya oleh sel atau pencucian darinya selama perawatan selanjutnya dengan alkohol ditentukan oleh fitur struktural dinding sel.

Dinding sel eubacteria gram positif dan gram negatif sangat berbeda baik dalam komposisi kimia maupun dalam ultrastruktur (Gbr. 3).

Dinding sel eubacteria mengandung tujuh kelompok bahan kimia yang berbeda, sedangkan peptidoglikan hanya ada di dinding sel. Pada eubacteria gram positif, ia membentuk sebagian besar zat dinding sel (dari 40 hingga 90%), pada eubacteria gram negatif, kandungan peptidoglikan jauh lebih sedikit (1-10%). Dinding sel cyanobacteria, mirip dengan eubacteria gram negatif, mengandung 20 hingga 50% heteropolimer ini.

Di bawah mikroskop elektron, dinding sel eubacteria gram positif terlihat seperti lapisan padat elektron homogen, yang ketebalannya bervariasi untuk spesies yang berbeda dari 20 hingga 80 nm. Eubacteria gram negatif memiliki dinding sel berlapis-lapis. Lapisan padat elektron bagian dalam dengan ketebalan sekitar 2-3 nm terdiri dari peptidoglikan. Di luar, sebagai aturan, lapisan bergelombang (8–10 nm) berdampingan, yang memiliki struktur karakteristik: dua pita padat elektron dipisahkan oleh celah transparan elektron. Tipe ini khas untuk membran dasar. Oleh karena itu, komponen luar tiga sirkuit dari dinding sel eubacteria gram negatif disebut membran luar.

bakteri melekat erat pada CPM, berbeda dengan dinding sel spesies Gram-negatif, yang komponennya (lapisan peptidoglikan dan membran luar) dipisahkan oleh celah transparan elektron dan dipisahkan dengan jelas dengan cara yang sama dari BPS. Ruang antara membran sitoplasma dan membran luar disebut periplasma. Ini, seperti yang dapat dilihat dari struktur dinding sel kedua kelompok eubacteria, hanya merupakan karakteristik dari bentuk gram negatif.

1. pelindung

2. membentuk sel

3. antigenik

sitoplasma

Isi sel yang dikelilingi oleh CPM disebut sitoplasma. Fraksi sitoplasma, yang memiliki konsistensi homogen dan mengandung satu set RNA larut, protein enzim, produk dan substrat reaksi metabolisme, disebut sitosol. Bagian lain dari sitoplasma diwakili oleh berbagai elemen struktural: membran intracytoplasmic (jika ada), aparatus genetik, ribosom, dan inklusi dari berbagai sifat kimia dan tujuan fungsional.

Ribosom - tempat sintesis protein - partikel ribonukleoprotein berukuran 15-20 nm. Jumlah mereka dalam sel tergantung pada intensitas proses sintesis protein dan berkisar antara 5.000 hingga 90.000. Massa total ribosom dapat sekitar 1/4 dari massa sel, dan jumlah RNA ribosom (rRNA) adalah 80-85% dari semua RNA bakteri. Rasio rRNA/protein dalam ribosom E. coli adalah 2:1, pada prokariota lain mungkin sedikit bergeser ke arah dominasi protein. Ribosom prokariotik memiliki konstanta sedimentasi 705, itulah sebabnya mereka disebut partikel 70S. Mereka dibangun dari dua subunit yang berbeda: subunit 305- dan 50S

Sintesis protein dilakukan oleh agregat yang terdiri dari ribosom, pembawa pesan dan molekul RNA transpor dan disebut poliribosom, atau polisom. Yang terakhir mungkin dalam sitoplasma atau berhubungan dengan struktur membran.

Aparat genetik dan replikasi kromosom

Pada prokariota, DNA adalah formasi yang kurang lebih kompak yang menempati area tertentu dalam sitoplasma dan tidak dipisahkan oleh membran, seperti halnya pada eukariota. Untuk menekankan perbedaan struktural dalam peralatan genetik sel prokariotik dan eukariotik, diusulkan untuk menyebutnya nukleoid di yang pertama, berbeda dengan nukleus di yang terakhir.

Pengamatan mikroskopis elektron menunjukkan bahwa nukleoid prokariotik, meskipun tidak memiliki membran inti, cukup jelas dibatasi dari sitoplasma, menempati, sebagai suatu peraturan, wilayah pusat di dalamnya dan diisi dengan untaian DNA dengan diameter sekitar 2 nm.

Semua informasi genetik prokariota terkandung dalam satu molekul DNA, yang memiliki bentuk cincin tertutup secara kovalen dan disebut kromosom bakteri (Dalam sel prokariotik, DNA juga dapat ditempatkan di luar kromosom bakteri - dalam plasmid, tetapi yang terakhir bukan komponen seluler wajib.) Panjang molekul dalam bentuk yang diperluas bisa lebih dari 1 mm, yaitu hampir 1000 kali panjang sel bakteri. Untuk waktu yang lama, diyakini bahwa tidak ada keteraturan yang dapat dilacak dalam distribusi untaian DNA dari kromosom bakteri. Namun, jika kita melanjutkan dari fakta bahwa molekul DNA membentuk kumparan acak, sulit untuk menjelaskan proses replikasi dan distribusi selanjutnya dari kromosom yang terbentuk di antara sel anak. Studi khusus telah menunjukkan bahwa kromosom prokariotik adalah struktur yang sangat teratur dengan konstanta sedimentasi 1300-2000S untuk bentuk bebas dan 3200-7000S untuk bentuk terikat membran. Dalam kedua kasus, bagian dari DNA dalam struktur ini diwakili oleh sistem 20-100 loop superkoil independen. Molekul RNA terlibat dalam memastikan organisasi kromosom yang superkoil.

Kromosom sebagian besar prokariota memiliki berat molekul dalam kisaran 1-3x10 9 Da. Pada kelompok mikoplasma, materi genetik diwakili oleh molekul yang memiliki jumlah DNA terkecil untuk organisme seluler (0,4–0,8x10 9), dan kandungan DNA tertinggi ditemukan pada cyanobacteria berfilamen (8,5x10 9). Meskipun setiap sel prokariotik mengandung 1 kromosom, seringkali dalam kultur yang tumbuh secara eksponensial, jumlah DNA per sel dapat mencapai massa 3, 4, 8 atau lebih kromosom. Seringkali dalam sel, di bawah pengaruh faktor-faktor tertentu (suhu, pH lingkungan, radiasi pengion, garam logam berat, beberapa antibiotik, dll.), banyak salinan kromosom terbentuk. Ketika pengaruh faktor-faktor ini dihilangkan, serta setelah transisi ke fase diam, sebagai aturan, satu salinan kromosom ditemukan dalam sel.

DNA prokariota dibangun dengan cara yang sama seperti eukariota. Molekul DNA membawa banyak muatan negatif karena setiap residu fosfat mengandung gugus hidroksil yang terionisasi. Pada eukariota, muatan negatif dinetralkan dengan pembentukan kompleks DNA dengan protein utama - histon. Dalam sel sebagian besar prokariota, tidak ada histon yang ditemukan; oleh karena itu, netralisasi muatan dilakukan oleh interaksi DNA dengan poliamina (spermin dan spermidin), serta dengan ion Mg 2+. Baru-baru ini, histon dan protein mirip histon yang terkait dengan DNA telah ditemukan di beberapa archaebacteria dan cyanobacteria. Kandungan pasangan basa A + T dan G + C dalam molekul DNA adalah konstan untuk jenis organisme tertentu dan berfungsi sebagai fitur diagnostik yang penting. Pada prokariota, fraksi molar GC dalam DNA bervariasi pada rentang yang sangat luas: dari 23 hingga 75%.

Beras. 5 Mekanisme distribusi kromosom bakteri: TETAPI - sel bakteri mengandung kromosom yang direplikasi sebagian yang melekat pada membran pada titik (atau titik) replikasi; B - replikasi kromosom selesai. Sebuah sel bakteri memiliki dua kromosom anak, yang masing-masing melekat pada CMP. Sintesis dinding sel dan CPM ditunjukkan; PADA - sintesis membran dan dinding sel yang sedang berlangsung menyebabkan pemisahan kromosom anak. Awal pembelahan sel dengan pembentukan septum melintang ditunjukkan: 1 - DNA; 2 - perlekatan kromosom ke CPM: 3 - BPS; 4 - dinding sel: 5 - plot sintesis CPM; 6 - bahan dinding sel baru

Pembelahan molekul DNA (replikasi) terjadi menurut mekanisme semi-konservatif dan biasanya selalu mendahului pembelahan sel. Menggunakan mikroskop elektron, ditemukan bahwa replikasi DNA dimulai pada titik perlekatan kromosom sirkular ke CPM, di mana aparatus enzimatik yang bertanggung jawab untuk replikasi terlokalisasi. Sering ditemukan bahwa kontak DNA dengan CPM dilakukan melalui mesosom. Replikasi, yang dimulai pada titik perlekatan, kemudian berlanjut dalam dua arah yang berlawanan, membentuk struktur perantara yang merupakan karakteristik dari kromosom cincin (Gbr. 4). Kromosom anak yang dihasilkan tetap melekat pada membran. Replikasi molekul DNA terjadi secara paralel dengan sintesis membran di area kontak DNA dengan CMP. Hal ini menyebabkan pemisahan (segregasi) molekul DNA anak dan pembentukan kromosom terisolasi (Gbr. 5)

Model struktur kromosom bakteri juga harus menjelaskan proses transkripsi dan translasi di dalam sel. Menurut konsep yang ada, loop superkoil sesuai dengan daerah DNA yang saat ini tidak aktif dan terletak di tengah nukleoid. Di pinggirannya, ada daerah yang mengalami despiralisasi di mana messenger RNA (mRNA) disintesis, sementara, karena proses transkripsi dan translasi pada bakteri berlangsung secara bersamaan, molekul mRNA yang sama dapat diasosiasikan secara simultan dengan DNA dan ribosom (Gbr. 6).

©2015-2019 situs
Semua hak milik penulisnya. Situs ini tidak mengklaim kepengarangan, tetapi menyediakan penggunaan gratis.
Tanggal pembuatan halaman: 20-08-2016

membran sitoplasma

Gambar membran sel. Bola biru dan putih kecil sesuai dengan "kepala" hidrofilik lipid, dan garis yang melekat padanya sesuai dengan "ekor" hidrofobik. Gambar hanya menunjukkan protein membran integral (globul merah dan heliks kuning). Titik oval kuning di dalam membran - molekul kolesterol Rantai manik-manik kuning-hijau di luar membran - rantai oligosakarida yang membentuk glikokaliks

Membran biologis juga mencakup berbagai protein: integral (menembus membran), semi-integral (merendam salah satu ujungnya ke dalam lapisan lipid luar atau dalam), permukaan (terletak di luar atau berdekatan dengan sisi dalam membran). Beberapa protein adalah titik kontak membran sel dengan sitoskeleton di dalam sel, dan dinding sel (jika ada) di luar. Beberapa protein integral berfungsi sebagai saluran ion, berbagai transporter, dan reseptor.

Fungsi biomembran

• penghalang - menyediakan metabolisme yang diatur, selektif, pasif dan aktif dengan lingkungan. Misalnya, membran peroksisom melindungi sitoplasma dari peroksida yang berbahaya bagi sel. Permeabilitas selektif berarti bahwa permeabilitas membran terhadap berbagai atom atau molekul tergantung pada ukuran, muatan listrik, dan sifat kimianya. Permeabilitas selektif memastikan pemisahan sel dan kompartemen seluler dari lingkungan dan memasok mereka dengan zat yang diperlukan.

• transportasi - melalui membran ada transportasi zat ke dalam sel dan keluar sel. Transportasi melalui membran menyediakan: pengiriman nutrisi, penghapusan produk akhir metabolisme, sekresi berbagai zat, penciptaan gradien ionik, pemeliharaan pH yang sesuai dan konsentrasi ion dalam sel, yang diperlukan untuk operasi enzim seluler.

Partikel yang karena alasan tertentu tidak dapat melintasi lapisan ganda fosfolipid (misalnya, karena sifat hidrofilik, karena membran di dalamnya bersifat hidrofobik dan tidak memungkinkan zat hidrofilik untuk melewatinya, atau karena ukurannya yang besar), tetapi diperlukan untuk sel, dapat menembus membran melalui protein pembawa khusus (transporter) dan protein saluran atau dengan endositosis.

Dalam transpor pasif, zat melintasi lapisan ganda lipid tanpa pengeluaran energi, dengan difusi. Varian dari mekanisme ini adalah difusi terfasilitasi, di mana molekul tertentu membantu suatu zat melewati membran. Molekul ini mungkin memiliki saluran yang memungkinkan hanya satu jenis zat untuk melewatinya.

Transpor aktif membutuhkan energi, karena terjadi melawan gradien konsentrasi. Ada protein pompa khusus pada membran, termasuk ATPase, yang secara aktif memompa ion kalium (K +) ke dalam sel dan memompa ion natrium (Na +) keluar darinya.

• matriks - memberikan posisi relatif dan orientasi protein membran tertentu, interaksi optimalnya;

• mekanis - memastikan otonomi sel, struktur intraselulernya, serta koneksi dengan sel lain (dalam jaringan). Dinding sel memainkan peran penting dalam menyediakan fungsi mekanis, dan pada hewan - zat antar sel.

• energi - selama fotosintesis di kloroplas dan respirasi seluler di mitokondria, sistem transfer energi beroperasi di membrannya, di mana protein juga berpartisipasi;

• reseptor - beberapa protein yang duduk di membran adalah reseptor (molekul yang dengannya sel merasakan sinyal tertentu).

Misalnya, hormon yang bersirkulasi dalam darah hanya bekerja pada sel target yang memiliki reseptor yang sesuai dengan hormon tersebut. Neurotransmitter (bahan kimia yang menghantarkan impuls saraf) juga mengikat protein reseptor spesifik pada sel target.

• enzimatik - protein membran seringkali merupakan enzim. Misalnya, membran plasma sel epitel usus mengandung enzim pencernaan.

• implementasi pembangkitan dan konduksi biopotensial.

Dengan bantuan membran, konsentrasi ion konstan dipertahankan di dalam sel: konsentrasi ion K + di dalam sel jauh lebih tinggi daripada di luar, dan konsentrasi Na + jauh lebih rendah, yang sangat penting, karena ini mempertahankan perbedaan potensial melintasi membran dan menghasilkan impuls saraf.

• penandaan sel - ada antigen pada membran yang bertindak sebagai penanda - "label" yang memungkinkan sel untuk diidentifikasi. Ini adalah glikoprotein (yaitu, protein dengan rantai samping oligosakarida bercabang yang melekat padanya) yang memainkan peran "antena". Karena segudang konfigurasi rantai samping, dimungkinkan untuk membuat penanda khusus untuk setiap jenis sel. Dengan bantuan penanda, sel dapat mengenali sel lain dan bertindak bersama-sama dengan mereka, misalnya, ketika membentuk organ dan jaringan. Ini juga memungkinkan sistem kekebalan untuk mengenali antigen asing.

Struktur dan komposisi biomembran

Membran terdiri dari tiga kelas lipid: fosfolipid, glikolipid, dan kolesterol. Fosfolipid dan glikolipid (lipid dengan karbohidrat yang melekat padanya) terdiri dari dua "ekor" hidrokarbon hidrofobik panjang yang diasosiasikan dengan "kepala" hidrofilik bermuatan. Kolesterol membuat membran menjadi kaku dengan menempati ruang bebas di antara ekor lipid hidrofobik dan mencegahnya menekuk. Oleh karena itu, membran dengan kadar kolesterol rendah lebih fleksibel, sedangkan membran dengan kadar kolesterol tinggi lebih kaku dan rapuh. Kolesterol juga berfungsi sebagai “penghenti” yang mencegah pergerakan molekul polar dari dan ke dalam sel. Bagian penting dari membran terdiri dari protein yang menembusnya dan bertanggung jawab atas berbagai sifat membran. Komposisi dan orientasi mereka dalam membran yang berbeda berbeda.

Membran sel sering asimetris, yaitu lapisan berbeda dalam komposisi lipid, transisi molekul individu dari satu lapisan ke lapisan lainnya (yang disebut sandal jepit) susah.

Organel membran

Ini adalah bagian sitoplasma yang tertutup atau saling berhubungan, dipisahkan dari hialoplasma oleh membran. Organel bermembran tunggal meliputi retikulum endoplasma, aparatus Golgi, lisosom, vakuola, peroksisom; menjadi dua membran - nukleus, mitokondria, plastida. Di luar, sel dibatasi oleh apa yang disebut membran plasma. Struktur membran berbagai organel berbeda dalam komposisi lipid dan protein membran.

Permeabilitas selektif

Membran sel memiliki permeabilitas selektif: glukosa, asam amino, asam lemak, gliserol dan ion perlahan-lahan berdifusi melaluinya, dan membran itu sendiri secara aktif mengatur proses ini sampai batas tertentu - beberapa zat melewatinya, sementara yang lain tidak. Ada empat mekanisme utama masuknya zat ke dalam sel atau keluar sel: difusi, osmosis, transpor aktif, dan ekso- atau endositosis. Dua proses pertama bersifat pasif, yaitu. tidak memerlukan biaya energi; dua yang terakhir adalah proses aktif yang terkait dengan konsumsi energi.

Permeabilitas selektif membran selama transpor pasif disebabkan oleh saluran khusus - protein integral. Mereka menembus membran melalui dan melalui, membentuk semacam bagian. Unsur K, Na dan Cl memiliki salurannya sendiri. Sehubungan dengan gradien konsentrasi, molekul unsur-unsur ini bergerak masuk dan keluar sel. Ketika teriritasi, saluran ion natrium terbuka, dan ada aliran ion natrium yang tajam ke dalam sel. Hal ini menyebabkan ketidakseimbangan dalam potensial membran. Setelah itu, potensial membran dipulihkan. Saluran kalium selalu terbuka, melaluinya ion perlahan memasuki sel

membran biologis. Membran sitoplasma: struktur, sifat, fungsi.

Sel dicirikan oleh prinsip struktur membran.

membran biologis - lapisan tipis, struktur protein-lipid, setebal 7–10 nm, terletak di permukaan sel (membran sel), membentuk dinding sebagian besar organel dan cangkang nukleus.

Pada tahun 1972, S. Singer dan G. Nichols mengusulkan model mosaik cair struktur membran sel. Kemudian praktis dikonfirmasi. Jika dilihat di bawah mikroskop elektron, tiga lapisan dapat dilihat. Medium, ringan, membentuk dasar membran - lapisan bilipid yang dibentuk oleh fosfolipid cair ("laut lipid"). Molekul lipid membran (fosfolipid, glikolipid, kolesterol, dll.) memiliki kepala hidrofilik dan ekor hidrofobik, oleh karena itu orientasinya teratur dalam lapisan ganda. Dua lapisan gelap adalah protein yang terletak berbeda relatif terhadap lapisan ganda lipid: periferal (bersebelahan) - sebagian besar protein terletak di kedua permukaan lapisan lipid; semi integral (setengah terendam) - hanya menembus satu lapisan lipid; integral (terendam) melewati kedua lapisan. Protein memiliki daerah hidrofobik yang berinteraksi dengan lipid, dan daerah hidrofilik pada permukaan membran dalam kontak dengan isi air sel, atau cairan jaringan.

Fungsi membran biologis:

1) membatasi isi sel dari lingkungan luar dan isi organel, nukleus dari sitoplasma;

2) menyediakan transportasi zat masuk dan keluar sel, ke dalam sitoplasma dari organel dan sebaliknya;

3) berpartisipasi dalam menerima dan mengubah sinyal dari lingkungan, mengenali zat sel, dll;

4) menyediakan proses dekat membran;

5) berpartisipasi dalam transformasi energi.

Membran sitoplasma (plasmalemma, membran sel, membran plasma) - membran biologis yang mengelilingi sel; komponen utama dari peralatan permukaan, universal untuk semua sel. Ketebalannya sekitar 10 nm. Ini memiliki karakteristik struktur membran biologis. Dalam membran sitoplasma, kepala hidrofilik lipid menghadap sisi luar dan dalam membran, sedangkan ekor hidrofobik menghadap bagian dalam membran. Protein perifer terkait dengan kepala kutub molekul lipid dengan interaksi hidrostatik. Mereka tidak membentuk lapisan kontinu. Protein perifer mengikat plasmalemma ke struktur supra atau submembran dari peralatan permukaan. Beberapa molekul lipid dan protein dalam plasmalemma sel hewan memiliki ikatan kovalen dengan molekul oligo-iposakarida yang terletak di permukaan luar membran. Molekul yang sangat bercabang membentuk glikolipid dan glikoprotein dengan lipid dan protein, masing-masing. lapisan sakarida glikokaliks (lat. glisis- manis dan kapalan- kulit tebal) menutupi seluruh permukaan sel dan merupakan kompleks epimembran sel hewan. Rantai oligosakarida dan polisakarida (antena) melakukan sejumlah fungsi: pengenalan sinyal eksternal; adhesi sel, orientasi yang benar selama pembentukan jaringan; respon imun, dimana glikoprotein berperan sebagai respon imun.

Beras. Struktur plasmalemma

Komposisi kimia membran plasma: 55% - protein, 35-40% - lipid, 2-10% - karbohidrat.

Membran sel luar membentuk permukaan seluler sel, yang dapat memiliki pertumbuhan dan tonjolan, melakukan gerakan osilasi bergelombang, makromolekul terus bergerak di dalamnya. Permukaan sel heterogen: strukturnya tidak sama di daerah yang berbeda, dan sifat fisiologis daerah ini juga tidak sama. Beberapa enzim (sekitar 200) terlokalisasi dalam plasmalemma, sehingga efek faktor lingkungan pada sel diperantarai oleh membran sitoplasmanya. Permukaan sel memiliki kekuatan dan elastisitas tinggi, mudah dan cepat dipulihkan setelah kerusakan kecil.

Struktur membran plasma menentukan sifatnya:

Plastisitas (fluiditas), memungkinkan membran berubah bentuk dan ukurannya;

Kemampuan untuk menutup sendiri, memungkinkan membran untuk mengembalikan integritas saat pecah;

Permeabilitas selektif menyediakan perjalanan berbagai zat melalui membran pada kecepatan yang berbeda.

Fungsi utama membran sitoplasma:

menentukan dan mempertahankan bentuk sel ( membentuk);

membatasi isi internal sel ( penghalang), memainkan peran penghalang mekanis; fungsi penghalang sebenarnya disediakan oleh lapisan bilipid, mencegah isi menyebar dan mencegah penetrasi zat asing ke dalam sel;

Melindungi sel dari pengaruh mekanis ( pelindung);

Mengatur metabolisme antara sel dan lingkungan, memastikan keteguhan komposisi intraseluler ( peraturan);

mengenali sinyal eksternal, "mengenali" zat tertentu (misalnya, hormon) ( reseptor); beberapa protein membran plasma (reseptor hormon; reseptor limfosit B; protein integral yang melakukan fungsi enzimatik spesifik yang melakukan proses pencernaan parietal) mampu mengenali zat tertentu dan mengikatnya, sehingga punggung reseptor terlibat dalam pemilihan molekul yang masuk. sel;

membran sel juga disebut plasma (atau sitoplasma) membran dan plasmalemma. Struktur ini tidak hanya memisahkan isi internal sel dari lingkungan eksternal, tetapi juga memasuki komposisi sebagian besar organel sel dan nukleus, pada gilirannya memisahkannya dari hialoplasma (sitosol) - bagian kental-cair dari sitoplasma. Mari kita setuju untuk menelepon membran sitoplasma yang memisahkan isi sel dari lingkungan eksternal. Istilah yang tersisa mengacu pada semua membran.

Dasar dari struktur membran sel (biologis) adalah lapisan ganda lipid (lemak). Pembentukan lapisan seperti itu dikaitkan dengan fitur molekulnya. Lipid tidak larut dalam air, tetapi mengembun di dalamnya dengan caranya sendiri. Satu bagian dari molekul lipid tunggal adalah kepala kutub (itu ditarik oleh air, yaitu hidrofilik), dan yang lainnya adalah sepasang ekor panjang non-polar (bagian dari molekul ini ditolak oleh air, yaitu hidrofobik) . Struktur molekul ini membuat mereka "menyembunyikan" ekornya dari air dan memutar kepala kutubnya ke arah air.

Akibatnya, lapisan ganda lipid terbentuk, di mana ekor non-polar berada di dalam (saling berhadapan), dan kepala kutub menghadap ke luar (ke lingkungan eksternal dan sitoplasma). Permukaan membran semacam itu bersifat hidrofilik, tetapi di dalamnya bersifat hidrofobik.

Dalam membran sel, fosfolipid mendominasi di antara lipid (mereka adalah lipid kompleks). Kepala mereka mengandung residu asam fosfat. Selain fosfolipid, ada glikolipid (lipid + karbohidrat) dan kolesterol (milik sterol). Yang terakhir memberikan kekakuan membran, terletak pada ketebalannya di antara ekor lipid yang tersisa (kolesterol sepenuhnya hidrofobik).

Karena interaksi elektrostatik, molekul protein tertentu melekat pada kepala lipid yang bermuatan, yang menjadi protein membran permukaan. Protein lain berinteraksi dengan ekor non-polar, sebagian tenggelam ke dalam lapisan ganda, atau menembusnya terus menerus.

Dengan demikian, membran sel terdiri dari lipid bilayer, protein permukaan (periferal), terbenam (semi-integral), dan penetrasi (integral). Selain itu, beberapa protein dan lipid di bagian luar membran berhubungan dengan rantai karbohidrat.

Ini model mosaik cair dari struktur membran diajukan pada tahun 70-an abad XX. Sebelum ini, model sandwich struktur diasumsikan, yang menurutnya lapisan ganda lipid terletak di dalam, dan di bagian dalam dan luar membran ditutupi dengan lapisan protein permukaan yang terus menerus. Namun, akumulasi data eksperimen membantah hipotesis ini.

Ketebalan membran dalam sel yang berbeda adalah sekitar 8 nm. Membran (bahkan sisi yang berbeda satu sama lain) berbeda satu sama lain dalam persentase berbagai jenis lipid, protein, aktivitas enzimatik, dll. Beberapa membran lebih cair dan lebih permeabel, yang lain lebih padat.

Pecahnya membran sel dengan mudah bergabung karena karakteristik fisikokimia lipid bilayer. Di bidang membran, lipid dan protein (kecuali jika diikat oleh sitoskeleton) bergerak.

Fungsi membran sel

Sebagian besar protein yang terbenam dalam membran sel melakukan fungsi enzimatik (yaitu enzim). Seringkali (terutama di membran organel sel) enzim diatur dalam urutan tertentu sehingga produk reaksi yang dikatalisis oleh satu enzim lolos ke enzim kedua, lalu ketiga, dll. Konveyor terbentuk yang menstabilkan protein permukaan, karena tidak memungkinkan enzim untuk berenang di sepanjang lapisan ganda lipid.

Membran sel melakukan fungsi pembatas (penghalang) dari lingkungan dan pada saat yang sama fungsi transportasi. Dapat dikatakan bahwa ini adalah tujuannya yang paling penting. Membran sitoplasma, yang memiliki kekuatan dan permeabilitas selektif, mempertahankan kekonstanan komposisi internal sel (homeostasis dan integritasnya).

Dalam hal ini, pengangkutan zat terjadi dengan berbagai cara. Transportasi sepanjang gradien konsentrasi melibatkan pergerakan zat dari area dengan konsentrasi yang lebih tinggi ke area dengan konsentrasi yang lebih rendah (difusi). Jadi, misalnya, gas berdifusi (CO 2, O 2).

Ada juga transportasi melawan gradien konsentrasi, tetapi dengan pengeluaran energi.

Transportasi pasif dan ringan (ketika beberapa operator membantunya). Difusi pasif melintasi membran sel dimungkinkan untuk zat yang larut dalam lemak.

Ada protein khusus yang membuat membran permeabel terhadap gula dan zat larut air lainnya. Pembawa ini mengikat molekul yang diangkut dan menyeretnya melintasi membran. Ini adalah bagaimana glukosa diangkut ke dalam sel darah merah.

Spanning protein, bila digabungkan, dapat membentuk pori untuk pergerakan zat tertentu melalui membran. Pembawa semacam itu tidak bergerak, tetapi membentuk saluran di membran dan bekerja mirip dengan enzim, mengikat zat tertentu. Transfer dilakukan karena perubahan konformasi protein, yang menyebabkan saluran terbentuk di membran. Contohnya adalah pompa natrium-kalium.

Fungsi transpor membran sel eukariotik juga diwujudkan melalui endositosis (dan eksositosis). Melalui mekanisme ini, molekul besar biopolimer, bahkan seluruh sel, masuk ke dalam sel (dan keluar darinya). Endo- dan eksositosis bukanlah karakteristik dari semua sel eukariotik (prokariota tidak memilikinya sama sekali). Jadi endositosis diamati pada protozoa dan invertebrata yang lebih rendah; pada mamalia, leukosit dan makrofag menyerap zat dan bakteri berbahaya, mis., endositosis melakukan fungsi perlindungan bagi tubuh.

Endositosis dibagi menjadi fagositosis(sitoplasma menyelubungi partikel besar) dan pinositosis(menangkap tetesan cairan dengan zat terlarut di dalamnya). Mekanisme proses ini kira-kira sama. Zat yang diserap pada permukaan sel dikelilingi oleh membran. Sebuah vesikel (fagosit atau pinositik) terbentuk, yang kemudian bergerak ke dalam sel.

Eksositosis adalah penghilangan zat dari sel oleh membran sitoplasma (hormon, polisakarida, protein, lemak, dll.). Zat-zat ini tertutup dalam vesikel membran yang sesuai dengan membran sel. Kedua membran bergabung dan isinya berada di luar sel.

Membran sitoplasma melakukan fungsi reseptor. Untuk melakukan ini, di sisi luarnya ada struktur yang dapat mengenali stimulus kimia atau fisik. Beberapa protein yang menembus plasmalemma terhubung dari luar ke rantai polisakarida (membentuk glikoprotein). Ini adalah reseptor molekuler khusus yang menangkap hormon. Ketika hormon tertentu berikatan dengan reseptornya, ia mengubah strukturnya. Ini, pada gilirannya, memicu mekanisme respons seluler. Pada saat yang sama, saluran dapat terbuka, dan zat tertentu dapat mulai memasuki sel atau dikeluarkan darinya.

Fungsi reseptor membran sel telah dipelajari dengan baik berdasarkan aksi hormon insulin. Ketika insulin berikatan dengan reseptor glikoproteinnya, bagian intraseluler katalitik dari protein ini (enzim adenilat siklase) diaktifkan. Enzim mensintesis AMP siklik dari ATP. Sudah mengaktifkan atau menghambat berbagai enzim metabolisme sel.

Fungsi reseptor membran sitoplasma juga mencakup pengenalan sel tetangga dari jenis yang sama. Sel-sel tersebut melekat satu sama lain oleh berbagai kontak antar sel.

Dalam jaringan, dengan bantuan kontak antar sel, sel dapat bertukar informasi satu sama lain menggunakan zat dengan berat molekul rendah yang disintesis secara khusus. Salah satu contoh interaksi tersebut adalah penghambatan kontak, ketika sel berhenti tumbuh setelah menerima informasi bahwa ruang kosong telah terisi.

Kontak antar sel sederhana (membran sel yang berbeda berdekatan satu sama lain), penguncian (invaginasi membran satu sel ke sel lain), desmosom (ketika membran dihubungkan oleh bundel serat melintang yang menembus ke dalam sitoplasma). Selain itu, ada varian kontak antar sel karena mediator (perantara) - sinapsis. Di dalamnya, sinyal ditransmisikan tidak hanya secara kimia, tetapi juga secara elektrik. Sinapsis mengirimkan sinyal antar sel saraf, serta dari saraf ke otot.