Ativo

(com custo de energia)

difusão simples

(sem a participação de proteínas)

Fonte de energia - ATP

Difusão facilitada

(envolvendo proteínas)

Outros tipos de fontes

Através de um canal em uma proteína

Por golpe

proteína com substância

Arroz. 4. Classificação dos tipos de transporte de substâncias através da membrana.

Através da transferência ativa, íons inorgânicos, aminoácidos e açúcares, quase todas as substâncias medicinais que possuem moléculas polares - ácido para-aminobenzóico, sulfonamidas, iodo, glicosídeos cardíacos, vitaminas B, hormônios corticosteróides, etc., se movem através da membrana.

Para uma ilustração visual do processo de transferência de substâncias através da membrana, apresentamos (com pequenas alterações) a Figura 5 retirada do livro "Molecular Biology of the Cell" (1983) de B. Alberts e outros cientistas que são considerados líderes em o desenvolvimento da teoria

Molécula transportada

Proteína do Canal

proteína transportadora

Lipídio Eletroquímico

gradiente de bicamada

Difusão simples Difusão facilitada

Transporte passivo Transporte ativo

Figura 5. Muitas pequenas moléculas sem carga passam livremente pela bicamada lipídica. Moléculas carregadas, moléculas grandes sem carga e algumas moléculas pequenas sem carga passam através das membranas através de canais ou poros, ou com a ajuda de proteínas transportadoras específicas. O transporte passivo é sempre dirigido contra o gradiente eletroquímico em direção ao equilíbrio. O transporte ativo é realizado contra o gradiente eletroquímico e requer custos de energia.

transferência transmembrana, reflete os principais tipos de transferência de substâncias através da membrana. Deve-se notar que as proteínas envolvidas no transporte transmembrana são proteínas integrais e são mais frequentemente representadas por uma proteína complexa.

A transferência de moléculas de proteínas de alto peso molecular e outras moléculas grandes através da membrana para dentro da célula é realizada por endocitose (pinocitose, fagocitose e endocitose) e da célula por exocitose. Em todos os casos, esses processos diferem dos anteriores, pois a substância transferida (partícula, água, microorganismos, etc.) O processo de embalagem pode ocorrer tanto na superfície da membrana plasmática quanto no interior da célula.

b. Transferência de informação através da membrana plasmática.

Além de proteínas envolvidas no transporte de substâncias através da membrana, complexos complexos de várias proteínas foram identificados nela. Espacialmente separados, eles são unidos por uma função finita. Os conjuntos de proteínas complexas incluem um complexo de proteínas responsável pela produção de uma substância biologicamente ativa muito poderosa na célula - cAMP (monofosfato de adenosina cíclico). Este conjunto de proteínas contém proteínas de superfície e integrais. Por exemplo, na superfície interna da membrana existe uma proteína de superfície chamada proteína G. Esta proteína mantém a relação entre duas proteínas integrais adjacentes - uma proteína chamada receptor de adrenalina e uma proteína - uma enzima - adenilato ciclase. O adrenorreceptor é capaz de se combinar com a adrenalina, que entra no espaço intercelular do sangue e fica excitada. Essa proteína G de excitação é transferida para a adenilato ciclase - uma enzima capaz de produzir a substância ativa - cAMP. Este último entra no citoplasma da célula e ativa uma variedade de enzimas nele. Por exemplo, é ativada uma enzima que decompõe o glicogênio em glicose. A formação de glicose leva a um aumento na atividade das mitocôndrias e um aumento na síntese de ATP, que entra em todos os compartimentos celulares como transportador de energia, potencializando o trabalho das bombas de membrana lisossomo, sódio-potássio e cálcio, ribossomos, etc. . em última análise, aumentando a atividade vital de quase todos os órgãos, especialmente os músculos. Este exemplo, embora muito simplificado, mostra como a atividade da membrana está ligada ao trabalho de outros elementos da célula. No nível doméstico, esse esquema complexo parece bastante simples. Imagine que um cachorro de repente atacou uma pessoa. A sensação de medo resultante leva à liberação de adrenalina no sangue. Este último liga-se aos adrenorreceptores na membrana plasmática, enquanto altera a estrutura química do receptor. Isso, por sua vez, leva a uma mudança na estrutura da proteína G. A proteína G alterada torna-se capaz de ativar a adenilato ciclase, o que aumenta a produção de AMPc. Este último estimula a formação de glicose a partir do glicogênio. Como resultado, a síntese da molécula de ATP intensiva em energia é aprimorada. O aumento da formação de energia em uma pessoa nos músculos leva a uma reação rápida e forte ao ataque do cão (fuga, defesa, luta, etc.).

Consiste em uma camada bilipídica, cujos lipídios são estritamente orientados - a parte hidrofóbica dos lipídios (cauda) é virada para dentro da camada, enquanto a parte hidrofílica (cabeça) está para fora. Além dos lipídios, três tipos de proteínas de membrana participam da construção da membrana plasmática: periférica, integral e semi-integral.

Uma das direções atuais da pesquisa de membranas é um estudo detalhado das propriedades de vários lipídios estruturais e reguladores, bem como proteínas individuais integrais e semi-integrais que compõem as membranas.

Proteínas integrais de membrana

O papel principal na organização da própria membrana é desempenhado por proteínas integrais e semi-integrais, que possuem estrutura globular e estão associadas à fase lipídica por interações hidrofílicas-hidrofóbicas. Os glóbulos de proteínas integrais penetram em toda a espessura da membrana e sua parte hidrofóbica está localizada no meio do glóbulo e está imersa na zona hidrofóbica da fase lipídica.

proteínas de membrana semi-integrais

Nas proteínas semi-integrais, os aminoácidos hidrofóbicos estão concentrados em um dos pólos do glóbulo e, consequentemente, os glóbulos estão apenas metade imersos na membrana, projetando-se de uma superfície (externa ou interna) da membrana.

Funções das proteínas de membrana

Proteínas integrais e semi-integrais da membrana plasmática foram previamente atribuídas a duas funções: estrutural geral e específica. Assim, as proteínas estruturais e funcionais foram distinguidas entre eles. No entanto, o aprimoramento dos métodos de isolamento de frações proteicas de membranas e uma análise mais detalhada de proteínas individuais agora indicam a ausência de proteínas estruturais que são universais para todas as membranas e não possuem funções específicas. Pelo contrário, as proteínas de membrana com funções específicas são muito diversas. São proteínas que desempenham funções receptoras, proteínas que são transportadoras ativas e passivas de vários compostos e, finalmente, proteínas que fazem parte de vários sistemas enzimáticos. materiais do site

Propriedades das proteínas de membrana

Uma propriedade comum de todas essas proteínas de membrana integrais e semi-integrais, que diferem não apenas em termos funcionais, mas também em termos químicos, é sua capacidade fundamental de se mover, “nadar” no plano da membrana na fase lipídica líquida. Como observado acima, a existência de tais movimentos nas membranas plasmáticas de algumas células foi comprovada experimentalmente. Mas isso está longe de ser o único tipo de movimento identificado em proteínas de membrana. Além do deslocamento lateral, proteínas individuais integrais e semi-integrais podem girar no plano da membrana em direções horizontais e até verticais, e também podem alterar o grau de imersão da molécula na fase lipídica.

Opsin. Todos esses movimentos diversos e complexos dos glóbulos de proteína são especialmente bem ilustrados pelo exemplo da proteína opsina, que é específica para as membranas das células fotorreceptoras (Fig. 3). Como se sabe, a opsina no escuro está associada ao carotenóide retinal, que contém uma dupla ligação cis; o complexo de retinal e opsina forma a rodopsina, ou púrpura visual. A molécula de rodopsina é capaz de movimento lateral e rotação no plano horizontal da membrana (Fig. 3, A). Sob a ação da luz, o retinal sofre fotoisomerização e se transforma em uma forma trans. Nesse caso, a conformação da retina se altera e se separa da opsina, que, por sua vez, altera o plano de rotação de horizontal para vertical (Fig. 3b). A consequência de tais transformações é uma mudança na permeabilidade das membranas para íons, o que leva ao surgimento de um impulso nervoso.

É interessante que as mudanças na conformação dos glóbulos de opsina induzidas pela energia luminosa não só podem servir para gerar um impulso nervoso, como ocorre nas células da retina, mas também são o sistema fotossintético mais simples encontrado em bactérias púrpuras especiais.

MEMBRANA PLASMÁTICA, ESTRUTURA E FUNÇÕES. ESTRUTURAS FORMADAS PELA MEMBRANA PLASMÁTICA

Começaremos a histologia estudando a célula eucariótica, que é o sistema mais simples dotado de vida. Ao examinar uma célula em um microscópio de luz, obtemos informações sobre seu tamanho, forma e essas informações estão associadas à presença de limites limitados por membrana nas células. Com o desenvolvimento da microscopia eletrônica (ME), nossa compreensão da membrana como uma linha divisória claramente definida entre a célula e o meio ambiente mudou, pois descobriu-se que existe uma estrutura complexa na superfície da célula, consistindo nas seguintes 3 componentes:

1. componente supramembranar(glicocalix) (5 - 100 nm);

2. membrana de plasma(8 - 10 nm);

3. Componente de submembrana(20-40 nm).

Ao mesmo tempo, os componentes 1 e 3 são variáveis ​​e dependem do tipo de células; a estrutura da membrana plasmática parece ser a mais estática, o que consideraremos.

Membrana de plasma. O estudo do plasmolema em condições EM levou à conclusão de que sua organização estrutural é uniforme, na qual tem a forma de uma linha trilaminar, onde as camadas interna e externa são eletrodensas, e a camada mais larga localizada entre elas parece ser elétron-transparente. Este tipo de organização estrutural da membrana indica sua heterogeneidade química. Sem tocar na discussão sobre esse assunto, estipularemos que o plasmalema é composto por três tipos de substâncias: lipídios, proteínas e carboidratos.

Lipídios, que fazem parte das membranas, têm propriedades anfifílicas devido à presença de grupos hidrofílicos e hidrofóbicos em sua composição. A natureza anfipática dos lipídios da membrana promove a formação de uma bicamada lipídica. Ao mesmo tempo, dois domínios são distinguidos em fosfolipídios de membrana:

a) fosfato - a cabeça da molécula, as propriedades químicas deste domínio determinam sua solubilidade em água e é chamado de hidrofílico;

b) cadeias de acil, que são ácidos graxos esterificados domínio hidrofóbico.

Tipos de lipídios de membrana: A principal classe de lipídios nas membranas biológicas são os fosfolipídios, eles formam a estrutura de uma membrana biológica. Veja a fig.1

Arroz. 1: Tipos de lipídios de membrana

Biomembranasé uma camada dupla lipídios anfifílicos (bicamada lipídica). Em um meio aquoso, essas moléculas anfifílicas formam espontaneamente uma bicamada, na qual as partes hidrofóbicas das moléculas são orientadas uma para a outra e as partes hidrofílicas são orientadas para a água. Veja a fig. 2

Arroz. 2: Diagrama da estrutura de uma biomembrana

A composição das membranas inclui lipídios dos seguintes tipos:

1. Fosfolipídios;

2. esfingolipídios- “cabeças” + 2 “caudas” hidrofóbicas;

3. Glicolipídeos.

Colesterol (CL)- está localizado na membrana principalmente na zona média da bicamada, é anfifílico e hidrofóbico (com exceção de um grupo hidroxila). A composição lipídica afeta as propriedades das membranas: a relação proteína/lipídio é próxima de 1:1, porém, as bainhas de mielina são enriquecidas em lipídios e as membranas internas são enriquecidas em proteínas.

Métodos de embalagem para lipídios anfifílicos:

1. Bicamadas(membrana lipídica);

2. Lipossomas- esta é uma bolha com duas camadas de lipídios, enquanto as superfícies interna e externa são polares;

3. Micelas- a terceira variante da organização dos lipídios anfifílicos - uma bolha, cuja parede é formada por uma única camada de lipídios, enquanto suas extremidades hidrofóbicas estão voltadas para o centro da micela e seu ambiente interno não é aquoso, mas hidrofóbico.

A forma mais comum de empacotamento de moléculas lipídicas é a sua formação plano bicamada de membrana. Lipossomas e micelas são formas de transporte rápido que garantem a transferência de substâncias para dentro e para fora da célula. Na medicina, os lipossomas são usados ​​para transportar substâncias solúveis em água, enquanto as micelas são usadas para transportar substâncias solúveis em gordura.

Proteínas de membrana

1. Integral (incluído nas camadas lipídicas);

2. Periférico. Veja a fig. 3

Integrais (proteínas transmembranares):

1. Monotópico- (por exemplo, glicoforina. Eles atravessam a membrana 1 vez), e são receptores, enquanto seu exterior - domínio extracelular - refere-se à parte de reconhecimento da molécula;

2.Politópico- penetram repetidamente na membrana - também são proteínas receptoras, mas ativam a via de transmissão de sinal para dentro da célula;

3.Proteínas de membrana associadas a lipídios;

4. Proteínas de membrana, associados a carboidratos.

Arroz. 3: Proteínas de membrana

Proteínas periféricas:

Não imerso na bicamada lipídica e não ligado covalentemente a ela. Eles são mantidos juntos por interações iônicas. As proteínas periféricas estão associadas a proteínas integrais na membrana por meio de interação - proteína-proteína interações.

1. Espectrina, que está localizado na superfície interna da célula;

2.fibronectina, localizada na superfície externa da membrana.

Esquilos - geralmente constituem até 50% da massa da membrana. Em que proteínas integrais executar as seguintes funções:

a) proteínas de canal iônico;

b) proteínas receptoras.

MAS proteínas de membrana periférica (fibrilar, globular) executam as seguintes funções:

a) externo (receptor e proteínas de adesão);

b) interno - proteínas do citoesqueleto (espectrina, anquirina), proteínas do sistema de segundos mediadores.

canais iônicos são canais formados por proteínas integrais; eles formam um pequeno poro através do qual os íons passam ao longo do gradiente eletroquímico. Os canais mais conhecidos são os canais para Na, K, Ca, Cl.

Há também canais de água aquoporinas (eritrócitos, rim, olho).

componente supramembranar - glicocálice, espessura 50 nm. Estas são regiões de carboidratos de glicoproteínas e glicolipídios que fornecem uma carga negativa. Sob EM há uma camada solta de densidade moderada cobrindo a superfície externa do plasmalema. A composição do glicocálice, além dos componentes de carboidratos, inclui proteínas de membrana periférica (semi-integrais). Suas áreas funcionais estão localizadas na zona supra-membrana - são imunoglobulinas. Veja a fig. 4

Função do glicocálice:

1. Desempenhe um papel receptores;

2. Reconhecimento intercelular;

3. Interações intercelulares(interações adesivas);

4. Receptores de histocompatibilidade;

5. Zona de adsorção enzimática(digestão parietal);

6. Receptores hormonais.

Arroz. 4: Glicocálice e proteínas submembranares

Componente de submembrana - a zona mais externa do citoplasma, geralmente tem uma rigidez relativa e esta zona é especialmente rica em filamentos (d = 5-10 nm). Supõe-se que as proteínas integrais que compõem a membrana celular estejam direta ou indiretamente associadas aos filamentos de actina que se encontram na zona submembrana. Ao mesmo tempo, foi comprovado experimentalmente que durante a agregação de proteínas integrais, actina e miosina localizadas nesta zona também se agregam, o que indica a participação de filamentos de actina na regulação da forma celular.

Célula— unidade estrutural e funcional auto-regulada de tecidos e órgãos. A teoria celular da estrutura de órgãos e tecidos foi desenvolvida por Schleiden e Schwann em 1839. Posteriormente, usando microscopia eletrônica e ultracentrifugação, foi possível elucidar a estrutura de todas as principais organelas de células animais e vegetais (Fig. 1).

Arroz. 1. Esquema da estrutura da célula de organismos animais

As partes principais da célula são o citoplasma e o núcleo. Cada célula é cercada por uma membrana muito fina que limita seu conteúdo.

A membrana celular é chamada membrana de plasma e é caracterizada pela permeabilidade seletiva. Essa propriedade permite que os nutrientes e elementos químicos necessários penetrem na célula e os produtos em excesso a deixem. A membrana plasmática consiste em duas camadas de moléculas lipídicas com a inclusão de proteínas específicas nela. Os principais lipídios da membrana são os fosfolipídios. Eles contêm fósforo, uma cabeça polar e duas caudas de ácidos graxos de cadeia longa não polares. Os lipídios da membrana incluem colesterol e ésteres de colesterol. De acordo com o modelo de mosaico fluido da estrutura, as membranas contêm inclusões de moléculas de proteínas e lipídios que podem se misturar em relação à bicamada. Cada tipo de membrana de qualquer célula animal é caracterizado por sua composição lipídica relativamente constante.

As proteínas de membrana são divididas em dois tipos de acordo com sua estrutura: integrais e periféricas. As proteínas periféricas podem ser removidas da membrana sem destruí-la. Existem quatro tipos de proteínas de membrana: proteínas de transporte, enzimas, receptores e proteínas estruturais. Algumas proteínas de membrana têm atividade enzimática, enquanto outras se ligam a certas substâncias e facilitam sua transferência para a célula. As proteínas fornecem vários caminhos para o movimento de substâncias através das membranas: elas formam grandes poros que consistem em várias subunidades de proteínas que permitem que moléculas de água e íons se movam entre as células; formam canais iônicos especializados para o movimento de certos tipos de íons através da membrana sob certas condições. As proteínas estruturais estão associadas à camada lipídica interna e fornecem o citoesqueleto da célula. O citoesqueleto confere resistência mecânica à membrana celular. Em várias membranas, as proteínas representam 20 a 80% da massa. As proteínas da membrana podem se mover livremente no plano lateral.

Os carboidratos também estão presentes na membrana, que podem se ligar covalentemente a lipídios ou proteínas. Existem três tipos de carboidratos de membrana: glicolipídios (gangliosídeos), glicoproteínas e proteoglicanos. A maioria dos lipídios de membrana está em estado líquido e tem uma certa fluidez, ou seja, a capacidade de se mover de uma área para outra. No lado externo da membrana existem sítios receptores que se ligam a vários hormônios. Outras seções específicas da membrana não podem reconhecer e ligar algumas proteínas estranhas a essas células e vários compostos biologicamente ativos.

O espaço interno da célula é preenchido com citoplasma, no qual ocorre a maioria das reações catalisadas por enzimas do metabolismo celular. O citoplasma é composto por duas camadas: a interna, denominada endoplasma, e a periférica, ectoplasma, que possui alta viscosidade e é desprovida de grânulos. O citoplasma contém todos os componentes de uma célula ou organela. As mais importantes das organelas celulares são o retículo endoplasmático, ribossomos, mitocôndrias, aparelho de Golgi, lisossomos, microfilamentos e microtúbulos, peroxissomos.

Retículo endoplasmáticoé um sistema de canais e cavidades interligados que penetram todo o citoplasma. Ele fornece transporte de substâncias do ambiente e dentro das células. O retículo endoplasmático também serve como um depósito para íons Ca 2+ intracelulares e serve como o principal local para a síntese de lipídios na célula.

Ribossomos - partículas esféricas microscópicas com um diâmetro de 10-25 nm. Os ribossomos estão livremente localizados no citoplasma ou presos à superfície externa das membranas do retículo endoplasmático e da membrana nuclear. Eles interagem com o RNA informativo e de transporte, e a síntese de proteínas é realizada neles. Eles sintetizam proteínas que entram nas cisternas ou no aparelho de Golgi e são liberadas no exterior. Os ribossomos que estão livres no citoplasma sintetizam proteínas para serem usadas pela própria célula, e os ribossomos associados ao retículo endoplasmático produzem proteínas que são excretadas da célula. Várias proteínas funcionais são sintetizadas nos ribossomos: proteínas transportadoras, enzimas, receptores, proteínas do citoesqueleto.

Aparelho de Golgi formado por um sistema de túbulos, cisternas e vesículas. Está associado ao retículo endoplasmático, e as substâncias biologicamente ativas que entraram aqui são armazenadas de forma compactada em vesículas secretoras. Estes últimos são constantemente separados do aparelho de Golgi, transportados para a membrana celular e se fundem com ela, e as substâncias contidas nas vesículas são removidas da célula no processo de exocitose.

Lisossomos - partículas cercadas por uma membrana com um tamanho de 0,25-0,8 mícrons. Eles contêm inúmeras enzimas envolvidas na quebra de proteínas, polissacarídeos, gorduras, ácidos nucléicos, bactérias e células.

Peroxissomos formados a partir de um retículo endoplasmático liso, assemelham-se a lisossomos e contêm enzimas que catalisam a decomposição do peróxido de hidrogênio, que é clivado sob a influência de peroxidases e catalase.

Mitocôndria contêm membranas externas e internas e são a "estação de energia" da célula. As mitocôndrias são estruturas redondas ou alongadas com membrana dupla. A membrana interna forma dobras salientes nas mitocôndrias - cristas. O ATP é sintetizado neles, os substratos do ciclo de Krebs são oxidados e muitas reações bioquímicas são realizadas. As moléculas de ATP formadas nas mitocôndrias se difundem em todas as partes da célula. As mitocôndrias contêm uma pequena quantidade de DNA, RNA, ribossomos e, com sua participação, ocorre a renovação e a síntese de novas mitocôndrias.

Microfilamentos são filamentos finos de proteínas, consistindo de miosina e actina, e formam o aparelho contrátil da célula. Os microfilamentos estão envolvidos na formação de dobras ou saliências da membrana celular, bem como no movimento de várias estruturas dentro das células.

microtúbulos formam a base do citoesqueleto e fornecem sua força. O citoesqueleto dá às células uma aparência e forma características, serve como local para fixação de organelas intracelulares e vários corpos. Nas células nervosas, feixes de microtúbulos estão envolvidos no transporte de substâncias do corpo celular para as extremidades dos axônios. Com a participação deles, é realizado o funcionamento do fuso mitótico durante a divisão celular. Eles desempenham o papel de elementos motores nas vilosidades e flagelos em eucariotos.

Testemunhoé a estrutura principal da célula, está envolvida na transmissão de características hereditárias e na síntese de proteínas. O núcleo é cercado por uma membrana nuclear contendo muitos poros nucleares através dos quais várias substâncias são trocadas entre o núcleo e o citoplasma. Dentro dele está o nucléolo. O importante papel do nucléolo na síntese de RNA ribossômico e proteínas histonas foi estabelecido. O resto do núcleo contém cromatina, consistindo de DNA, RNA e várias proteínas específicas.

Funções da membrana celular

As membranas celulares desempenham um papel importante na regulação do metabolismo intracelular e intercelular. Eles são seletivos. A sua estrutura específica permite fornecer funções de barreira, transporte e regulação.

função de barreira Manifesta-se na limitação da penetração de compostos dissolvidos em água através da membrana. A membrana é impermeável a grandes moléculas de proteína e ânions orgânicos.

Função reguladora membrana é a regulação do metabolismo intracelular em resposta a influências químicas, biológicas e mecânicas. Várias influências são percebidas por receptores de membrana especiais com uma mudança subsequente na atividade das enzimas.

função de transporte através de membranas biológicas pode ser realizada passivamente (difusão, filtração, osmose) ou com a ajuda de transporte ativo.

Difusão - o movimento de um gás ou soluto ao longo de uma concentração e gradiente eletroquímico. A taxa de difusão depende da permeabilidade da membrana celular, bem como do gradiente de concentração para partículas não carregadas, gradientes elétricos e de concentração para partículas carregadas. difusão simples ocorre através da bicamada lipídica ou através de canais. As partículas carregadas se movem ao longo do gradiente eletroquímico, enquanto as partículas não carregadas seguem o gradiente químico. Por exemplo, oxigênio, hormônios esteróides, uréia, álcool, etc. penetram através da camada lipídica da membrana por difusão simples. Vários íons e partículas se movem através dos canais. Os canais iônicos são formados por proteínas e são divididos em canais fechados e não controlados. Dependendo da seletividade, existem cordas íon-seletivas que permitem a passagem de apenas um íon e canais que não possuem seletividade. Os canais têm uma boca e um filtro seletivo, e os canais controlados têm um mecanismo de porta.

Difusão facilitada - um processo no qual as substâncias são transportadas através de uma membrana por proteínas transportadoras de membrana especiais. Desta forma, aminoácidos e monoaçúcares entram na célula. Este modo de transporte é muito rápido.

Osmose - movimento da água através de uma membrana de uma solução com pressão osmótica mais baixa para uma solução com pressão osmótica mais alta.

Transporte Ativo - transferência de substâncias contra um gradiente de concentração usando ATPases de transporte (bombas de íons). Essa transferência ocorre com o gasto de energia.

As bombas de Na + /K + -, Ca 2+ - e H + foram estudadas em maior extensão. As bombas estão localizadas nas membranas celulares.

Um tipo de transporte ativo é endocitose e exocitose. Com a ajuda desses mecanismos, substâncias maiores (proteínas, polissacarídeos, ácidos nucleicos) que não podem ser transportadas pelos canais são transportadas. Esse transporte é mais comum nas células epiteliais do intestino, túbulos renais e endotélio vascular.

No Na endocitose, as membranas celulares formam invaginações na célula, que, quando entrelaçadas, se transformam em vesículas. Durante a exocitose, as vesículas com conteúdo são transferidas para a membrana celular e se fundem com ela, e o conteúdo das vesículas é liberado no ambiente extracelular.

A estrutura e funções da membrana celular

Para entender os processos que garantem a existência de potenciais elétricos em células vivas, é necessário antes de tudo entender a estrutura da membrana celular e suas propriedades.

Atualmente, o modelo de membrana em mosaico fluido, proposto por S. Singer e G. Nicholson em 1972, goza de maior reconhecimento. A base da membrana é uma dupla camada de fosfolipídios (bicamada), os fragmentos hidrofóbicos da molécula dos quais estão imersos na espessura da membrana, e os grupos hidrofílicos polares são orientados para fora, aqueles. no ambiente aquático circundante (Fig. 2).

As proteínas da membrana estão localizadas na superfície da membrana ou podem ser incorporadas em diferentes profundidades na zona hidrofóbica. Algumas proteínas penetram através da membrana e diferentes grupos hidrofílicos da mesma proteína são encontrados em ambos os lados da membrana celular. As proteínas encontradas na membrana plasmática desempenham um papel muito importante: participam da formação de canais iônicos, desempenham o papel de bombas de membrana e transportadoras de várias substâncias e também podem desempenhar uma função de receptor.

As principais funções da membrana celular: barreira, transporte, reguladora, catalítica.

A função de barreira é limitar a difusão de compostos solúveis em água através da membrana, o que é necessário para proteger as células de substâncias estranhas e tóxicas e para manter um conteúdo relativamente constante de várias substâncias dentro das células. Assim, a membrana celular pode retardar a difusão de várias substâncias em 100.000-10.000.000 vezes.

Arroz. 2. Esquema tridimensional do modelo de mosaico fluido da membrana Singer-Nicolson

Proteínas integrais globulares incorporadas em uma bicamada lipídica são mostradas. Algumas proteínas são canais iônicos, outras (glicoproteínas) contêm cadeias laterais de oligossacarídeos envolvidas no reconhecimento umas das outras pelas células e no tecido intercelular. As moléculas de colesterol estão intimamente adjacentes às cabeças dos fosfolipídios e fixam as seções adjacentes das "caudas". As regiões internas das caudas da molécula fosfolipídica não são limitadas em seu movimento e são responsáveis ​​pela fluidez da membrana (Bretscher, 1985)

Existem canais na membrana através dos quais os íons penetram. Os canais são potencialmente dependentes e potencialmente independentes. Canais com potencial fechado aberto quando a diferença de potencial muda, e independente de potencial(regulado por hormônios) aberto quando os receptores interagem com substâncias. Os canais podem ser abertos ou fechados graças aos portões. Dois tipos de portões são construídos na membrana: ativação(na profundidade do canal) e inativação(na superfície do canal). O portão pode estar em um dos três estados:

• estado aberto (ambos os tipos de portão estão abertos);
• estado fechado (porta de ativação fechada);
• estado de inativação (as portas de inativação estão fechadas).

Outra característica das membranas é a capacidade de transferir seletivamente íons inorgânicos, nutrientes e vários produtos metabólicos. Existem sistemas de transferência passiva e ativa (transporte) de substâncias. Passiva o transporte é realizado através de canais iônicos com ou sem a ajuda de proteínas transportadoras, e sua força motriz é a diferença nos potenciais eletroquímicos dos íons entre o espaço intra e extracelular. A seletividade dos canais iônicos é determinada por seus parâmetros geométricos e pela natureza química dos grupos que revestem as paredes e boca do canal.

Atualmente, os canais com permeabilidade seletiva para íons Na + , K + , Ca 2+ e também para água (as chamadas aquaporinas) são os mais bem estudados. O diâmetro dos canais iônicos, de acordo com vários estudos, é de 0,5-0,7 nm. A taxa de transferência dos canais pode ser alterada, 10 7 - 10 8 íons por segundo podem passar por um canal de íons.

Ativo o transporte ocorre com o gasto de energia e é realizado pelas chamadas bombas de íons. As bombas de íons são estruturas de proteínas moleculares embutidas na membrana e realizando a transferência de íons em direção a um potencial eletroquímico mais alto.

O funcionamento das bombas é realizado devido à energia da hidrólise do ATP. Atualmente, Na + / K + - ATPase, Ca 2+ - ATPase, H + - ATPase, H + / K + - ATPase, Mg 2+ - ATPase, que garantem o movimento de Na +, K +, Ca 2+ íons, respectivamente, H+, Mg2+ isolados ou conjugados (Na+ e K+; H+ e K+). O mecanismo molecular do transporte ativo não foi totalmente elucidado.

Qual é a estrutura da membrana plasmática? Quais são suas funções?

As membranas biológicas formam a base da organização estrutural da célula. A membrana plasmática (plasmalemma) é a membrana que envolve o citoplasma de uma célula viva. As membranas são formadas por lipídios e proteínas. Os lipídios (principalmente os fosfolipídios) formam uma camada dupla na qual as "caudas" hidrofóbicas das moléculas estão voltadas para dentro da membrana e as caudas hidrofílicas - para suas superfícies. As moléculas de proteína podem estar localizadas na superfície externa e interna da membrana, podem ser parcialmente imersas na camada lipídica ou penetrá-la. A maioria das proteínas de membrana imersas são enzimas. Este é um modelo de mosaico fluido da estrutura da membrana plasmática. As moléculas de proteínas e lipídios são móveis, o que garante o dinamismo da membrana. As membranas também contêm carboidratos na forma de glicolipídios e glicoproteínas (glicocalix) localizados na superfície externa da membrana. O conjunto de proteínas e carboidratos na superfície da membrana de cada célula é específico e é uma espécie de indicador de tipo celular.

Funções da membrana:

1. Dividindo. Consiste na formação de uma barreira entre o conteúdo interno da célula e o ambiente externo.
2. Garantir a troca de substâncias entre o citoplasma e o meio externo. Água, íons, moléculas inorgânicas e orgânicas entram na célula (função de transporte). Os produtos formados na célula são excretados no ambiente externo (função secretora).
3. Transporte. O transporte através da membrana pode ocorrer de diferentes maneiras. O transporte passivo é realizado sem gasto de energia, por simples difusão, osmose ou difusão facilitada com a ajuda de proteínas transportadoras. O transporte ativo é feito por proteínas transportadoras e requer aporte de energia (por exemplo, bomba de sódio-potássio).

Grandes moléculas de biopolímeros entram na célula como resultado da endocitose. Divide-se em fagocitose e pinocitose. A fagocitose é a captura e absorção de partículas grandes pela célula. O fenômeno foi descrito pela primeira vez por I.I. Mechnikov. Primeiro, as substâncias aderem à membrana plasmática, a proteínas receptoras específicas, depois a membrana se flexiona, formando uma depressão.

Um vacúolo digestivo é formado. Ele digere as substâncias que entram na célula. Em humanos e animais, os leucócitos são capazes de fagocitose. Os leucócitos engolfam as bactérias e outras partículas sólidas.

A pinocitose é o processo de captura e absorção de gotículas líquidas com substâncias dissolvidas nela. As substâncias aderem às proteínas da membrana (receptores), e uma gota de solução é cercada por uma membrana, formando um vacúolo. Pinocitose e fagocitose ocorrem com o gasto de energia ATP.

1. Secretária. Secreção - liberação pela célula de substâncias sintetizadas na célula para o meio externo. Hormônios, polissacarídeos, proteínas e gotículas de gordura são encerrados em vesículas ligadas à membrana e se aproximam do plasmalema. As membranas se fundem e o conteúdo da vesícula é liberado no ambiente ao redor da célula.
2. A conexão de células no tecido (devido a excrescências dobradas).
3. Receptor. Há um grande número de receptores nas membranas - proteínas especiais, cujo papel é transmitir sinais de fora para dentro da célula.