Dentre As principais funções da membrana celular podem ser distinguidas como barreira, transporte, enzimática e receptora.. A membrana celular (biológica) (também conhecida como plasmalema, plasma ou membrana citoplasmática) protege o conteúdo da célula ou suas organelas do meio ambiente, fornece permeabilidade seletiva para substâncias, enzimas estão localizadas nela, bem como moléculas que podem "capturar" várias sinais químicos e físicos.

Esta funcionalidade é fornecida pela estrutura especial da membrana celular.

Na evolução da vida na Terra, uma célula em geral só poderia se formar após o surgimento de uma membrana que separasse e estabilizasse o conteúdo interno, impedindo que se desintegrasse.

Em termos de manutenção da homeostase (auto-regulação da constância relativa do ambiente interno) a função de barreira da membrana celular está intimamente relacionada com o transporte.

Moléculas pequenas são capazes de passar pelo plasmalema sem quaisquer "ajudantes", ao longo do gradiente de concentração, ou seja, de uma região com alta concentração de uma determinada substância para uma região com baixa concentração. É o caso, por exemplo, dos gases envolvidos na respiração. O oxigênio e o dióxido de carbono se difundem através da membrana celular na direção em que sua concentração é atualmente mais baixa.

Como a membrana é principalmente hidrofóbica (devido à dupla camada lipídica), as moléculas polares (hidrofílicas), mesmo as pequenas, muitas vezes não conseguem penetrar através dela. Portanto, várias proteínas de membrana atuam como carreadoras dessas moléculas, ligando-se a elas e transportando-as através do plasmalema.

As proteínas integrais (penetrantes de membrana) geralmente operam com base no princípio de abertura e fechamento de canais. Quando uma molécula se aproxima de tal proteína, ela se conecta a ela e o canal se abre. Essa substância ou outra passa pelo canal da proteína, após o que sua conformação muda, e o canal se fecha para essa substância, mas pode se abrir para a passagem de outra. A bomba de sódio-potássio funciona de acordo com esse princípio, bombeando íons de potássio para dentro da célula e bombeando íons de sódio para fora dela.

Função enzimática da membrana celular em maior medida implementado nas membranas das organelas celulares. A maioria das proteínas sintetizadas na célula desempenha uma função enzimática. Sentados na membrana em uma determinada ordem, eles organizam um transportador quando o produto da reação catalisada por uma proteína enzimática passa para a próxima. Tal "pipeline" estabiliza as proteínas de superfície do plasmalema.

Apesar da universalidade da estrutura de todas as membranas biológicas (elas são construídas de acordo com um único princípio, são quase as mesmas em todos os organismos e em diferentes estruturas celulares de membrana), sua composição química ainda pode diferir. Existem mais líquidos e mais sólidos, alguns têm mais certas proteínas, outros menos. Além disso, os diferentes lados (interno e externo) da mesma membrana também diferem.

A membrana que envolve a célula (citoplasmática) do lado de fora tem muitas cadeias de carboidratos ligadas a lipídios ou proteínas (como resultado, glicolipídios e glicoproteínas são formados). Muitos desses carboidratos função do receptor, sendo suscetível a determinados hormônios, captando alterações nos indicadores físicos e químicos do ambiente.

Se, por exemplo, um hormônio se liga ao seu receptor celular, então a parte de carboidrato da molécula do receptor muda sua estrutura, seguida pela mudança na estrutura da parte de proteína associada que penetra na membrana. No estágio seguinte, várias reações bioquímicas são iniciadas ou suspensas na célula, ou seja, seu metabolismo muda e a resposta celular ao “irritante” começa.

Além das quatro funções listadas da membrana celular, outras se destacam: matriz, energia, marcação, formação de contatos intercelulares, etc. No entanto, podem ser consideradas como “subfunções” das já consideradas.

A unidade estrutural básica de um organismo vivo é uma célula, que é uma seção diferenciada do citoplasma cercada por uma membrana celular. Tendo em vista que a célula desempenha muitas funções importantes, como reprodução, nutrição, movimento, a casca deve ser plástica e densa.

História da descoberta e pesquisa da membrana celular

Em 1925, Grendel e Gorder fizeram um experimento bem-sucedido para identificar as "sombras" dos eritrócitos, ou conchas vazias. Apesar de vários erros grosseiros cometidos, os cientistas descobriram a bicamada lipídica. Seu trabalho foi continuado por Danielli, Dawson em 1935, Robertson em 1960. Como resultado de muitos anos de trabalho e do acúmulo de argumentos em 1972, Singer e Nicholson criaram um modelo de mosaico fluido da estrutura da membrana. Outras experiências e estudos confirmaram os trabalhos dos cientistas.

Significado

O que é uma membrana celular? Esta palavra começou a ser usada há mais de cem anos, traduzida do latim significa "filme", ​​"pele". Assim, designe a fronteira da célula, que é uma barreira natural entre o conteúdo interno e o ambiente externo. A estrutura da membrana celular sugere semipermeabilidade, devido à qual a umidade, os nutrientes e os produtos de decomposição podem passar livremente por ela. Essa casca pode ser chamada de principal componente estrutural da organização da célula.

Considere as principais funções da membrana celular

1. Separa o conteúdo interno da célula e os componentes do ambiente externo.

2. Ajuda a manter uma composição química constante da célula.

3. Regula o metabolismo correto.

4. Proporciona interligação entre células.

5. Reconhece sinais.

6. Função de proteção.

"Casca de Plasma"

A membrana celular externa, também chamada de membrana plasmática, é um filme ultramicroscópico com cinco a sete nanômetros de espessura. Consiste principalmente em compostos de proteína, fosfolido, água. O filme é elástico, absorve facilmente a água e também restaura rapidamente sua integridade após danos.

Difere em uma estrutura universal. Esta membrana ocupa uma posição limite, participa do processo de permeabilidade seletiva, excreção de produtos de decomposição, sintetiza-os. A relação com os "vizinhos" e a proteção confiável do conteúdo interno contra danos o torna um componente importante em questões como a estrutura da célula. A membrana celular de organismos animais às vezes acaba sendo coberta com a camada mais fina - glicocálice, que inclui proteínas e polissacarídeos. As células vegetais fora da membrana são protegidas por uma parede celular que atua como suporte e mantém a forma. O principal componente de sua composição é a fibra (celulose) - um polissacarídeo insolúvel em água.

Assim, a membrana celular externa desempenha a função de reparo, proteção e interação com outras células.

A estrutura da membrana celular

A espessura desta concha móvel varia de seis a dez nanômetros. A membrana celular de uma célula tem uma composição especial, cuja base é a bicamada lipídica. As caudas hidrofóbicas, que são inertes à água, estão localizadas no interior, enquanto as cabeças hidrofílicas, que interagem com a água, estão voltadas para fora. Cada lipídio é um fosfolipídio, que é o resultado da interação de substâncias como glicerol e esfingosina. O andaime lipídico é cercado por proteínas, que estão localizadas em uma camada não contínua. Alguns deles estão imersos na camada lipídica, o restante passa por ela. Como resultado, são formadas áreas permeáveis ​​à água. As funções desempenhadas por essas proteínas são diferentes. Alguns deles são enzimas, o restante são proteínas de transporte que carregam várias substâncias do ambiente externo para o citoplasma e vice-versa.

A membrana celular é permeada e intimamente conectada com proteínas integrais, enquanto a conexão com as periféricas é menos forte. Essas proteínas desempenham uma função importante, que é manter a estrutura da membrana, receber e converter sinais do ambiente, transportar substâncias e catalisar reações que ocorrem nas membranas.

Composto

A base da membrana celular é uma camada bimolecular. Devido à sua continuidade, a célula possui propriedades de barreira e mecânicas. Em diferentes fases da vida, essa bicamada pode ser interrompida. Como resultado, são formados defeitos estruturais de poros hidrofílicos. Neste caso, absolutamente todas as funções de um componente como uma membrana celular podem mudar. Neste caso, o núcleo pode sofrer influências externas.

Propriedades

A membrana celular de uma célula tem características interessantes. Devido à sua fluidez, essa concha não é uma estrutura rígida, e a parte principal das proteínas e lipídios que compõem sua composição se move livremente no plano da membrana.

Em geral, a membrana celular é assimétrica, portanto, a composição das camadas proteica e lipídica é diferente. As membranas plasmáticas em células animais possuem uma camada de glicoproteína em seu lado externo, que desempenha funções de receptor e sinal, e também desempenha um papel importante no processo de combinação de células em tecido. A membrana celular é polar, ou seja, a carga é positiva por fora e negativa por dentro. Além de todos os itens acima, a membrana celular tem uma visão seletiva.

Isso significa que, além da água, apenas um certo grupo de moléculas e íons de substâncias dissolvidas são permitidos na célula. A concentração de uma substância como o sódio na maioria das células é muito menor do que no ambiente externo. Para íons de potássio, uma proporção diferente é característica: seu número na célula é muito maior do que no ambiente. A este respeito, os íons de sódio tendem a penetrar na membrana celular e os íons de potássio tendem a ser liberados para fora. Nessas circunstâncias, a membrana ativa um sistema especial que desempenha um papel de “bombeamento”, nivelando a concentração de substâncias: íons de sódio são bombeados para a superfície da célula e íons de potássio são bombeados para dentro. Esta característica está incluída nas funções mais importantes da membrana celular.

Essa tendência dos íons sódio e potássio de se moverem para dentro da superfície desempenha um grande papel no transporte de açúcar e aminoácidos para dentro da célula. No processo de remoção ativa de íons de sódio da célula, a membrana cria condições para novos influxos de glicose e aminoácidos em seu interior. Pelo contrário, no processo de transferência de íons de potássio para a célula, o número de "transportadores" de produtos de decomposição de dentro da célula para o ambiente externo é reabastecido.

Como a célula é nutrida através da membrana celular?

Muitas células absorvem substâncias através de processos como fagocitose e pinocitose. Na primeira variante, um pequeno recesso é criado por uma membrana externa flexível, na qual a partícula capturada está localizada. Então o diâmetro do recesso torna-se maior até que a partícula circundada entre no citoplasma da célula. Através da fagocitose, alguns protozoários, como ameba, bem como células sanguíneas - leucócitos e fagócitos, são alimentados. Da mesma forma, as células absorvem o fluido que contém os nutrientes necessários. Esse fenômeno é chamado de pinocitose.

A membrana externa está intimamente ligada ao retículo endoplasmático da célula.

Em muitos tipos de componentes teciduais básicos, saliências, dobras e microvilosidades estão localizadas na superfície da membrana. As células vegetais do lado de fora desta concha são cobertas com outra, espessa e claramente visível ao microscópio. A fibra de que são feitos ajuda a formar o suporte para os tecidos vegetais, como a madeira. As células animais também têm várias estruturas externas que ficam no topo da membrana celular. São de natureza exclusivamente protetora, um exemplo disso é a quitina contida nas células tegumentares dos insetos.

Além da membrana celular, existe uma membrana intracelular. Sua função é dividir a célula em vários compartimentos fechados especializados - compartimentos ou organelas, onde um determinado ambiente deve ser mantido.

Assim, é impossível superestimar o papel de tal componente da unidade básica de um organismo vivo como uma membrana celular. A estrutura e funções implicam uma expansão significativa da área total da superfície celular, melhoria dos processos metabólicos. Essa estrutura molecular consiste em proteínas e lipídios. Separando a célula do ambiente externo, a membrana garante sua integridade. Com sua ajuda, as ligações intercelulares são mantidas em um nível suficientemente forte, formando tecidos. A este respeito, podemos concluir que um dos papéis mais importantes na célula é desempenhado pela membrana celular. A estrutura e as funções desempenhadas por ele são radicalmente diferentes em diferentes células, dependendo de sua finalidade. Através dessas características, uma variedade de atividade fisiológica das membranas celulares e seus papéis na existência de células e tecidos é alcançada.

Pequena descrição:

Sazonov V. F. 1_1 A estrutura da membrana celular [Recurso eletrônico] // Kinesiologist, 2009-2018: [website]. Data de atualização: 06.02.2018..__.201_). _Descreve-se a estrutura e o funcionamento da membrana celular (sinônimos: plasmalema, plasmolema, biomembrana, membrana celular, membrana celular externa, membrana celular, membrana citoplasmática). Essa informação inicial é necessária tanto para a citologia quanto para a compreensão dos processos da atividade nervosa: excitação nervosa, inibição, trabalho das sinapses e receptores sensoriais.

membrana celular (plasma uma lema ou plasma cerca de lema)

Definição do conceito

A membrana celular (sinônimos: plasmalema, plasmolema, membrana citoplasmática, biomembrana) é uma membrana de lipoproteína tripla (ou seja, "gordura-proteína") que separa a célula do ambiente e realiza uma troca e comunicação controlada entre a célula e seu ambiente.

O principal nesta definição não é que a membrana separa a célula do ambiente, mas apenas que ela conecta célula com o ambiente. A membrana é ativo estrutura da célula, ele está constantemente trabalhando.

Uma membrana biológica é um filme bimolecular ultrafino de fosfolipídios incrustado com proteínas e polissacarídeos. Esta estrutura celular está subjacente às propriedades de barreira, mecânicas e de matriz de um organismo vivo (Antonov VF, 1996).

Representação figurativa da membrana

Para mim, a membrana celular aparece como uma cerca de treliça com muitas portas, que circunda um determinado território. Qualquer pequena criatura viva pode mover-se livremente para frente e para trás através desta cerca. Mas os visitantes maiores só podem entrar pelas portas, e mesmo assim nem todos. Diferentes visitantes têm chaves apenas para suas próprias portas e não podem passar pelas portas de outras pessoas. Assim, através desta cerca há constantemente fluxos de visitantes para frente e para trás, porque a principal função da cerca-membrana é dupla: separar o território do espaço circundante e ao mesmo tempo conectá-lo ao espaço circundante. Para isso, existem muitos buracos e portas na cerca - !

Propriedades da membrana

1. Permeabilidade.

2. Semipermeabilidade (permeabilidade parcial).

3. Permeabilidade seletiva (sinônimo: seletiva).

4. Permeabilidade ativa (sinônimo: transporte ativo).

5. Permeabilidade controlada.

Como você pode ver, a principal propriedade da membrana é sua permeabilidade em relação a várias substâncias.

6. Fagocitose e pinocitose.

7. Exocitose.

8. A presença de potenciais elétricos e químicos, mais precisamente, a diferença de potencial entre os lados interno e externo da membrana. Figurativamente, pode-se dizer que "a membrana transforma a célula em uma "bateria elétrica" ​​controlando os fluxos de íons". Detalhes: .

9. Mudanças no potencial elétrico e químico.

10. Irritabilidade. Receptores moleculares especiais localizados na membrana podem se conectar com substâncias de sinal (controle), como resultado do qual o estado da membrana e de toda a célula pode mudar. Os receptores moleculares desencadeiam reações bioquímicas em resposta à combinação de ligantes (substâncias de controle) com eles. É importante notar que a substância sinalizadora atua no receptor de fora, enquanto as mudanças continuam dentro da célula. Acontece que a membrana transmitiu informações do ambiente para o ambiente interno da célula.

11. Atividade enzimática catalítica. As enzimas podem estar embutidas na membrana ou associadas à sua superfície (tanto dentro como fora da célula), e aí realizam sua atividade enzimática.

12. Alterar a forma da superfície e sua área. Isso permite que a membrana forme protuberâncias para fora ou, inversamente, invaginações para dentro da célula.

13. A capacidade de formar contatos com outras membranas celulares.

14. Adesão - a capacidade de aderir a superfícies sólidas.

Breve lista de propriedades da membrana

• Permeabilidade.
• Endocitose, exocitose, transcitose.
• Potenciais.
• Irritabilidade.
• atividade enzimática.
• Contatos.
• Adesão.

Funções da membrana

1. Isolamento incompleto do conteúdo interno do ambiente externo.

2. O principal no trabalho da membrana celular é intercâmbio vários substâncias entre a célula e o meio extracelular. Isto é devido a tal propriedade da membrana como permeabilidade. Além disso, a membrana regula essa troca regulando sua permeabilidade.

3. Outra função importante da membrana é criando uma diferença nos potenciais químicos e elétricos entre seus lados interno e externo. Devido a isso, dentro da célula tem um potencial elétrico negativo -.

4. Através da membrana também é realizado intercâmbio de informações entre a célula e seu ambiente. Receptores moleculares especiais localizados na membrana podem se ligar a substâncias de controle (hormônios, mediadores, moduladores) e desencadear reações bioquímicas na célula, levando a várias alterações na célula ou em suas estruturas.

Vídeo:A estrutura da membrana celular

Vídeo aula:Detalhes sobre a estrutura da membrana e transporte

Estrutura da membrana

A membrana celular tem uma três camadas estrutura. Sua camada de gordura mediana é contínua, e as camadas de proteína superior e inferior a cobrem na forma de um mosaico de áreas de proteínas individuais. A camada de gordura é a base que garante o isolamento da célula do ambiente, isolando-a do ambiente. Por si só, passa muito mal as substâncias solúveis em água, mas passa facilmente as solúveis em gordura. Portanto, a permeabilidade da membrana para substâncias solúveis em água (por exemplo, íons) deve ser fornecida com estruturas proteicas especiais - e.

Abaixo estão microfotografias de membranas celulares reais de células em contato, obtidas usando um microscópio eletrônico, bem como um desenho esquemático mostrando a membrana de três camadas e a natureza mosaica de suas camadas de proteínas. Para ampliar uma imagem, clique nela.

Imagem separada da camada lipídica interna (gordurosa) da membrana celular, permeada por proteínas integrais incorporadas. As camadas de proteína superior e inferior são removidas para não interferir na consideração da bicamada lipídica

Figura acima: Uma representação esquemática incompleta da membrana celular (parede celular) da Wikipedia.

Observe que as camadas proteicas externas e internas foram removidas da membrana aqui para que possamos ver melhor a camada lipídica dupla gordurosa central. Em uma membrana celular real, grandes "ilhas" de proteínas flutuam acima e abaixo ao longo do filme gorduroso (pequenas bolas na figura), e a membrana acaba sendo mais espessa, com três camadas: proteína-gordura-proteína . Então, na verdade é como um sanduíche de duas proteínas "fatias de pão" com uma espessa camada de "manteiga" no meio, ou seja. tem uma estrutura de três camadas, não de duas camadas.

Nesta figura, pequenas bolas azuis e brancas correspondem às "cabeças" hidrofílicas (molháveis) dos lipídios, e as "cordas" ligadas a elas correspondem às "caudas" hidrofóbicas (não molháveis). Das proteínas, apenas proteínas integrais de membrana de ponta a ponta (glóbulos vermelhos e hélices amarelas) são mostradas. Pontos ovais amarelos dentro da membrana são moléculas de colesterol As cadeias de contas verde-amarelas do lado de fora da membrana são cadeias de oligossacarídeos que formam o glicocálice. O glicocálice é como um "fluff" de carboidrato ("açúcar") na membrana, formado por longas moléculas de proteína de carboidrato que se projetam dela.

Living é um pequeno "saco de proteína-gordura" cheio de conteúdo gelatinoso semilíquido, que é penetrado por filmes e tubos.

As paredes deste saco são formadas por uma dupla película gordurosa (lipídica), recoberta por dentro e por fora com proteínas - a membrana celular. Portanto, diz-se que a membrana estrutura de três camadas : proteínas-gorduras-proteínas. Dentro da célula também existem muitas membranas gordurosas semelhantes que dividem seu espaço interno em compartimentos. As organelas celulares são cercadas pelas mesmas membranas: núcleo, mitocôndrias, cloroplastos. Assim, a membrana é uma estrutura molecular universal inerente a todas as células e a todos os organismos vivos.

À esquerda - não mais um modelo real, mas artificial de um pedaço de membrana biológica: este é um instantâneo instantâneo de uma bicamada fosfolipídica adiposa (ou seja, uma camada dupla) no processo de modelagem da dinâmica molecular. A célula de cálculo do modelo é mostrada - 96 moléculas PQ ( f osfatidil X oline) e 2304 moléculas de água, totalizando 20544 átomos.

À direita está um modelo visual de uma única molécula do mesmo lipídio, a partir da qual a bicamada lipídica da membrana é montada. Tem uma cabeça hidrofílica (que gosta de água) na parte superior e duas caudas hidrofóbicas (que tem medo de água) na parte inferior. Esse lipídio tem um nome simples: 1-esteroil-2-docosahexaenoil-Sn-glicero-3-fosfatidilcolina (18:0/22:6(n-3)cis PC), mas você não precisa memorizá-lo a menos que planeje fazer seu professor desmaiar com a profundidade de seu conhecimento.

Você pode dar uma definição científica mais precisa de uma célula:

é um sistema heterogêneo ordenado e estruturado de biopolímeros limitado por uma membrana ativa, participando de um único conjunto de processos metabólicos, energéticos e de informação, além de manter e reproduzir todo o sistema como um todo.

Dentro da célula também é penetrado por membranas, e entre as membranas não há água, mas um gel/sol viscoso de densidade variável. Portanto, as moléculas que interagem na célula não flutuam livremente, como em um tubo de ensaio com uma solução aquosa, mas principalmente ficam (imobilizadas) nas estruturas poliméricas do citoesqueleto ou membranas intracelulares. E, portanto, as reações químicas ocorrem dentro da célula quase como em um corpo sólido, e não em um líquido. A membrana externa que envolve a célula também é coberta por enzimas e receptores moleculares, tornando-se uma parte muito ativa da célula.

A membrana celular (plasmalemma, plasmolema) é uma concha ativa que separa a célula do meio ambiente e a conecta com o meio ambiente. © Sazonov V.F., 2016.

Desta definição de membrana, segue-se que ela não limita simplesmente a célula, mas trabalhando ativamente ligando-o ao seu ambiente.

A gordura que compõe as membranas é especial, por isso suas moléculas geralmente são chamadas não apenas de gordura, mas lipídios, fosfolipídios, esfingolipídios. O filme da membrana é duplo, ou seja, consiste em dois filmes colados. Portanto, os livros didáticos escrevem que a base da membrana celular consiste em duas camadas lipídicas (ou " bicamada", ou seja, camada dupla). Para cada camada lipídica individual, um lado pode ser umedecido com água e o outro não. Assim, esses filmes se unem precisamente por seus lados não umectantes.

membrana de bactérias

A casca de uma célula procariótica de bactérias gram-negativas consiste em várias camadas, mostradas na figura abaixo.
Camadas da casca de bactérias gram-negativas:
1. A membrana citoplasmática interna de três camadas, que está em contato com o citoplasma.
2. Parede celular, que consiste em mureína.
3. A membrana citoplasmática externa de três camadas, que possui o mesmo sistema de lipídios com complexos proteicos que a membrana interna.
A comunicação de células bacterianas gram-negativas com o mundo exterior por meio de uma estrutura tão complexa de três etapas não lhes dá vantagem na sobrevivência em condições adversas em comparação com bactérias gram-positivas que têm uma casca menos poderosa. Eles tão mal toleram altas temperaturas, alta acidez e quedas de pressão.

Vídeo aula:Membrana de plasma. E.V. Cheval, Ph.D.

Vídeo aula:A membrana como limite celular. A. Iliaskin

Importância dos Canais de Íons de Membrana

É fácil entender que apenas substâncias lipossolúveis podem entrar na célula através do filme gorduroso da membrana. São gorduras, álcoois, gases. Por exemplo, nos eritrócitos, o oxigênio e o dióxido de carbono passam facilmente para dentro e para fora diretamente através da membrana. Mas água e substâncias solúveis em água (por exemplo, íons) simplesmente não podem passar através da membrana para qualquer célula. Isso significa que eles precisam de furos especiais. Mas se você apenas fizer um buraco no filme gorduroso, ele se apertará imediatamente. O que fazer? Uma solução foi encontrada na natureza: é necessário fazer estruturas especiais de transporte de proteínas e esticá-las através da membrana. É assim que são obtidos os canais para a passagem de substâncias insolúveis em gordura - os canais iônicos da membrana celular.

Assim, para dar à sua membrana propriedades adicionais de permeabilidade para moléculas polares (íons e água), a célula sintetiza proteínas especiais no citoplasma, que são então integradas à membrana. São de dois tipos: proteínas transportadoras (por exemplo, ATPases de transporte) e proteínas formadoras de canais (formadores de canais). Essas proteínas estão inseridas na dupla camada gordurosa da membrana e formam estruturas de transporte na forma de transportadores ou na forma de canais iônicos. Várias substâncias solúveis em água podem agora passar por essas estruturas de transporte, que de outra forma não podem passar pelo filme de membrana gordurosa.

Em geral, as proteínas incorporadas na membrana também são chamadas de integrante, precisamente porque estão, por assim dizer, incluídos na composição da membrana e a penetram de ponta a ponta. Outras proteínas, não integrais, formam, por assim dizer, ilhas que "flutuam" na superfície da membrana: seja ao longo de sua superfície externa ou ao longo de sua interna. Afinal, todo mundo sabe que a gordura é um bom lubrificante e é fácil deslizar sobre ela!

conclusões

1. Em geral, a membrana é de três camadas:

1) a camada externa de "ilhas" de proteínas

2) "mar" gordo de duas camadas (bicamada lipídica), i.e. filme lipídico duplo

3) a camada interna de "ilhas" de proteínas.

Mas há também uma camada externa solta - o glicocálice, que é formado por glicoproteínas saindo da membrana. Eles são receptores moleculares aos quais os controles de sinalização se ligam.

2. Estruturas especiais de proteínas são construídas na membrana, garantindo sua permeabilidade a íons ou outras substâncias. Não devemos esquecer que em alguns lugares o mar de gordura é permeado por proteínas integrais. E são as proteínas integrais que formam estruturas de transporte membrana celular (consulte a seção 1_2 Mecanismos de transporte de membrana). Por meio deles, as substâncias entram na célula, e também são retiradas da célula para o exterior.

3. As proteínas enzimáticas podem estar localizadas em qualquer lado da membrana (externa e interna), bem como dentro da membrana, o que afeta tanto o estado da própria membrana quanto a vida de toda a célula.

Assim, a membrana celular é uma estrutura variável ativa que trabalha ativamente no interesse de toda a célula e a conecta com o mundo exterior, e não é apenas uma "concha protetora". Esta é a coisa mais importante a saber sobre a membrana celular.

Na medicina, as proteínas de membrana são frequentemente usadas como “alvos” para medicamentos. Receptores, canais iônicos, enzimas, sistemas de transporte atuam como tais alvos. Recentemente, além da membrana, genes escondidos no núcleo da célula também se tornaram alvos de drogas.

Vídeo:Introdução à Biofísica da Membrana Celular: Estrutura da Membrana 1 (Vladimirov Yu.A.)

Vídeo:História, estrutura e funções da membrana celular: Estrutura das membranas 2 (Vladimirov Yu.A.)

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

membranas biológicas.
O termo "membrana" (do latim membrana - pele, filme) começou a ser usado há mais de 100 anos para se referir à fronteira celular, que, por um lado, serve como barreira entre o conteúdo da célula e o ambiente externo , e por outro lado, como uma divisória semipermeável através da qual a água pode passar e algumas substâncias. No entanto, as funções da membrana não se esgotam, uma vez que as membranas biológicas formam a base da organização estrutural da célula.
A estrutura da membrana. De acordo com este modelo, a membrana principal é uma bicamada lipídica, na qual as caudas hidrofóbicas das moléculas estão voltadas para dentro e as cabeças hidrofílicas voltadas para fora. Os lipídios são representados por fosfolipídios - derivados do glicerol ou esfingosina. As proteínas estão ligadas à camada lipídica. As proteínas integrais (transmembranares) penetram na membrana e estão firmemente associadas a ela; periféricos não penetram e estão associados com a membrana com menos firmeza. Funções das proteínas de membrana: manutenção da estrutura das membranas, recepção e conversão de sinais do ambiente. ambiente, transporte de certas substâncias, catálise de reações que ocorrem nas membranas. a espessura da membrana é de 6 a 10 nm.

Propriedades da membrana:
1. Fluidez. A membrana não é uma estrutura rígida; a maioria de suas proteínas e lipídios podem se mover no plano das membranas.
2. Assimetria. A composição das camadas externas e internas de proteínas e lipídios é diferente. Além disso, as membranas plasmáticas das células animais têm uma camada de glicoproteínas na parte externa (um glicocálice que desempenha funções de sinal e receptor e também é importante para unir células em tecidos)
3. Polaridade. A parte externa da membrana carrega uma carga positiva, enquanto a parte interna carrega uma carga negativa.
4. Permeabilidade seletiva. As membranas das células vivas passam, além da água, apenas certas moléculas e íons de substâncias dissolvidas. (O uso do termo "semipermeabilidade" em relação às membranas celulares não é totalmente correto, pois esse conceito implica que a membrana passa apenas moléculas, enquanto retém todas as moléculas e íons de soluto.)

A membrana celular externa (plasmalemma) é um filme ultramicroscópico de 7,5 nm de espessura, constituído por proteínas, fosfolipídios e água. Película elástica, bem umedecida pela água e recuperando rapidamente a integridade após danos. Tem uma estrutura universal, típica de todas as membranas biológicas. A posição limite desta membrana, sua participação nos processos de permeabilidade seletiva, pinocitose, fagocitose, excreção de produtos de excreção e síntese, em conjunto com células vizinhas e protegendo a célula de danos, torna seu papel extremamente importante. As células animais fora da membrana às vezes são cobertas com uma fina camada composta de polissacarídeos e proteínas - o glicocálice. As células vegetais fora da membrana celular têm uma parede celular forte que cria um suporte externo e mantém a forma da célula. Consiste em fibra (celulose), um polissacarídeo insolúvel em água.

membranas biológicas- o nome geral das estruturas de superfície funcionalmente ativas que limitam as células (membranas celulares ou plasmáticas) e organelas intracelulares (membranas das mitocôndrias, núcleos, lisossomos, retículo endoplasmático, etc.). Eles contêm lipídios, proteínas, moléculas heterogêneas (glicoproteínas, glicolipídios) e, dependendo da função desempenhada, numerosos componentes menores: coenzimas, ácidos nucléicos, antioxidantes, carotenóides, íons inorgânicos, etc.

O funcionamento coordenado dos sistemas de membrana - receptores, enzimas, mecanismos de transporte - ajuda a manter a homeostase celular e, ao mesmo tempo, responde rapidamente às mudanças no ambiente externo.

Para Principais funções das membranas biológicas Pode ser atribuído:

separação da célula do ambiente e formação de compartimentos intracelulares (compartimentos);

controle e regulação do transporte de uma enorme variedade de substâncias através de membranas;

participação no fornecimento de interações intercelulares, transmissão de sinais dentro da célula;

conversão da energia das substâncias orgânicas dos alimentos em energia das ligações químicas das moléculas de ATP.

A organização molecular da membrana plasmática (célula) em todas as células é aproximadamente a mesma: consiste em duas camadas de moléculas lipídicas com muitas proteínas específicas incluídas nela. Algumas proteínas de membrana têm atividade enzimática, enquanto outras ligam nutrientes do ambiente e asseguram seu transporte para dentro da célula através das membranas. As proteínas de membrana são distinguidas pela natureza de sua associação com estruturas de membrana. Algumas proteínas, chamadas externo ou periférico , frouxamente ligados à superfície da membrana, outros, chamados interno ou integrado , estão imersos no interior da membrana. As proteínas periféricas são facilmente extraídas, enquanto as proteínas integrais só podem ser isoladas com detergentes ou solventes orgânicos. Na fig. 4 mostra a estrutura da membrana plasmática.

As membranas externas, ou plasma, de muitas células, bem como as membranas de organelas intracelulares, como mitocôndrias, cloroplastos, foram isoladas de forma livre e sua composição molecular foi estudada. Todas as membranas contêm lipídios polares em uma quantidade que varia de 20 a 80% de sua massa, dependendo do tipo de membrana, o restante é representado principalmente por proteínas. Assim, nas membranas plasmáticas das células animais, a quantidade de proteínas e lipídios, via de regra, é aproximadamente a mesma; a membrana mitocondrial interna contém cerca de 80% de proteínas e apenas 20% de lipídios, enquanto as membranas de mielina das células cerebrais, ao contrário, contêm cerca de 80% de lipídios e apenas 20% de proteínas.

Arroz. 4. Estrutura da membrana plasmática

A parte lipídica das membranas é uma mistura de vários tipos de lipídios polares. Os lipídios polares, que incluem fosfoglicerolipídios, esfingolipídios, glicolipídios, não são armazenados nas células adiposas, mas são incorporados às membranas celulares e em proporções estritamente definidas.

Todos os lipídios polares nas membranas são constantemente renovados durante o metabolismo; em condições normais, um estado estacionário dinâmico é estabelecido na célula, no qual a taxa de síntese lipídica é igual à taxa de seu decaimento.

As membranas das células animais contêm principalmente fosfoglicerolipídios e, em menor grau, esfingolipídios; triacilgliceróis são encontrados apenas em quantidades vestigiais. Algumas membranas de células animais, especialmente a membrana plasmática externa, contêm quantidades significativas de colesterol e seus ésteres (Fig. 5).

Fig.5. Lipídios de membrana

Atualmente, o modelo geralmente aceito para a estrutura de membranas é o modelo de mosaico fluido proposto em 1972 por S. Singer e J. Nicholson.

Segundo ela, as proteínas podem ser comparadas a icebergs flutuando em um mar de lipídios. Como mencionado acima, existem 2 tipos de proteínas de membrana: integrais e periféricas. As proteínas integrais penetram na membrana, são moléculas anfipáticas. As proteínas periféricas não penetram na membrana e estão menos fortemente associadas a ela. A principal parte contínua da membrana, ou seja, sua matriz, é a bicamada lipídica polar. Na temperatura normal da célula, a matriz está em estado líquido, que é fornecido por uma certa proporção entre ácidos graxos saturados e insaturados nas caudas hidrofóbicas dos lipídios polares.

O modelo de mosaico fluido também sugere que na superfície das proteínas integrais localizadas na membrana existem grupos R de resíduos de aminoácidos (principalmente grupos hidrofóbicos, devido aos quais as proteínas parecem “dissolver” na parte hidrofóbica central da bicamada) . Ao mesmo tempo, na superfície de proteínas periféricas ou externas, existem principalmente grupos R hidrofílicos, que são atraídos pelas cabeças polares carregadas hidrofílicas dos lipídios devido a forças eletrostáticas. As proteínas integrais, incluindo enzimas e proteínas de transporte, são ativas apenas se estiverem localizadas dentro da parte hidrofóbica da bicamada, onde adquirem a configuração espacial necessária para a manifestação da atividade (Fig. 6). Deve-se enfatizar mais uma vez que não são formadas ligações covalentes entre as moléculas da bicamada, nem entre as proteínas e os lipídios da bicamada.

Fig.6. Proteínas de membrana

As proteínas da membrana podem se mover livremente no plano lateral. As proteínas periféricas literalmente flutuam na superfície do "mar" da bicamada, enquanto as proteínas integrais, como os icebergs, estão quase completamente submersas na camada de hidrocarbonetos.

A maioria das membranas são assimétricas, ou seja, possuem lados desiguais. Essa assimetria se manifesta da seguinte forma:

Em primeiro lugar, o fato de que os lados interno e externo das membranas plasmáticas das células bacterianas e animais diferem na composição dos lipídios polares. Por exemplo, a camada lipídica interna das membranas dos eritrócitos humanos contém principalmente fosfatidiletanolamina e fosfatidilserina, enquanto a camada lipídica externa contém fosfatidilcolina e esfingomielina.

· em segundo lugar, alguns sistemas de transporte em membranas atuam apenas em uma direção. Por exemplo, nas membranas dos eritrócitos existe um sistema de transporte (“bomba”) que bombeia íons Na + da célula para o ambiente e íons K + - dentro da célula devido à energia liberada durante a hidrólise do ATP.

Em terceiro lugar, a superfície externa da membrana plasmática contém um número muito grande de grupos oligossacarídeos, que são as cabeças dos glicolipídios e as cadeias laterais oligossacarídicas das glicoproteínas, enquanto praticamente não há grupos oligossacarídeos na superfície interna da membrana plasmática.

A assimetria das membranas biológicas é preservada devido ao fato de que a transferência de moléculas individuais de fosfolipídios de um lado da bicamada lipídica para o outro é muito difícil por razões energéticas. A molécula lipídica polar é capaz de se mover livremente em seu lado da bicamada, mas é limitada em sua capacidade de saltar para o outro lado.

A mobilidade lipídica depende do conteúdo relativo e do tipo de ácidos graxos insaturados presentes. A natureza hidrocarbonada das cadeias de ácidos graxos confere às membranas propriedades de fluidez e mobilidade. Na presença de ácidos graxos insaturados cis, as forças coesivas entre as cadeias são mais fracas do que no caso de ácidos graxos saturados sozinhos, e os lipídios retêm alta mobilidade mesmo em baixas temperaturas.

No lado externo das membranas existem locais de reconhecimento específicos, cuja função é reconhecer certos sinais moleculares. Por exemplo, é através da membrana que algumas bactérias percebem pequenas mudanças na concentração de nutrientes, o que estimula seu movimento em direção à fonte de alimento; esse fenômeno é chamado quimiotaxia.

As membranas de várias células e organelas intracelulares possuem certa especificidade devido à sua estrutura, composição química e funções. Os seguintes grupos principais de membranas em organismos eucarióticos são distinguidos:

membrana plasmática (membrana celular externa, plasmalema),

a membrana nuclear

O retículo endoplasmático

membranas do aparelho de Golgi, mitocôndrias, cloroplastos, bainhas de mielina,

membranas excitáveis.

Em organismos procarióticos, além da membrana plasmática, existem formações de membrana intracitoplasmática; em procariontes heterotróficos, eles são chamados de mesossomos. Estes últimos são formados por invaginação na membrana celular externa e, em alguns casos, permanecem em contato com ela.

membrana eritrocitária consiste em proteínas (50%), lipídios (40%) e carboidratos (10%). A parte principal dos carboidratos (93%) está associada às proteínas, o restante - aos lipídios. Na membrana, os lipídios estão dispostos de forma assimétrica em contraste com o arranjo simétrico das micelas. Por exemplo, a cefalina é encontrada predominantemente na camada interna dos lipídios. Essa assimetria é mantida, aparentemente, devido ao movimento transversal dos fosfolipídios na membrana, realizado com a ajuda de proteínas de membrana e devido à energia do metabolismo. Na camada interna da membrana eritrocitária estão principalmente esfingomielina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, na camada externa - fosfatidilcolina. A membrana eritrocitária contém uma glicoproteína integral glicoforina, constituído por 131 resíduos de aminoácidos e penetrando na membrana, e a chamada proteína de banda 3, constituída por 900 resíduos de aminoácidos. Os componentes de carboidratos da glicoforina desempenham uma função de receptor para vírus influenza, fitohemaglutininas e vários hormônios. Outra proteína integral contendo poucos carboidratos e penetrando na membrana também foi encontrada na membrana eritrocitária. Ele é chamado proteína do túnel(componente a), pois assume-se que forma um canal para ânions. A proteína periférica associada ao lado interno da membrana eritrocitária é espectrina.

Membranas de mielina , axônios circundantes de neurônios, são multicamadas, contêm uma grande quantidade de lipídios (cerca de 80%, metade deles são fosfolipídios). As proteínas dessas membranas são importantes para a fixação dos sais de membrana que se encontram uns sobre os outros.

membranas de cloroplasto. Os cloroplastos são cobertos com uma membrana de duas camadas. A membrana externa tem alguma semelhança com a das mitocôndrias. Além desta membrana de superfície, os cloroplastos possuem um sistema de membrana interno - lamelas. Formam lamelas ou vesículas achatadas - tilacóides, que, localizados um acima do outro, são coletados em pacotes (grana) ou formam um sistema de membranas do estroma (lamelas estromais). Lamella gran e stroma no lado externo da membrana tilacóide são grupos hidrofílicos concentrados, galacto- e sulfolipídeos. A parte fitólica da molécula de clorofila está imersa no glóbulo e está em contato com os grupos hidrofóbicos de proteínas e lipídios. Os núcleos de porfirina da clorofila estão localizados principalmente entre as membranas adjacentes dos tilacóides do gran.

Membrana interna (citoplasmática) das bactérias semelhante em estrutura às membranas internas dos cloroplastos e mitocôndrias. Contém enzimas da cadeia respiratória, transporte ativo; enzimas envolvidas na formação dos componentes da membrana. O componente predominante das membranas bacterianas são as proteínas: a proporção proteína/lipídio (em peso) é de 3:1. A membrana externa das bactérias gram-negativas, em comparação com a citoplasmática, contém uma quantidade menor de vários fosfolipídios e proteínas. Ambas as membranas diferem na composição lipídica. A membrana externa contém proteínas que formam poros para a penetração de muitas substâncias de baixo peso molecular. Um componente característico da membrana externa também é um lipopolissacarídeo específico. Várias proteínas da membrana externa servem como receptores para fagos.

Membrana do vírus. Entre os vírus, as estruturas de membrana são características daquelas que contêm um nucleocapsídeo, que consiste em uma proteína e um ácido nucleico. Este "núcleo" de vírus é cercado por uma membrana (envelope). Também consiste em uma bicamada de lipídios com glicoproteínas incluídas, localizadas principalmente na superfície da membrana. Em vários vírus (microvírus), 70-80% de todas as proteínas entram nas membranas, as proteínas restantes estão contidas no nucleocapsídeo.

Assim, as membranas celulares são estruturas muito complexas; seus complexos moleculares constituintes formam um mosaico bidimensional ordenado, que confere especificidade biológica à superfície da membrana.