membrana celular também chamado de membrana plasmática (ou citoplasmática) e plasmalema. Essa estrutura não apenas separa o conteúdo interno da célula do ambiente externo, mas também entra na composição da maioria das organelas celulares e do núcleo, separando-as do hialoplasma (citosol) - a parte viscoso-líquida do citoplasma. Vamos concordar em ligar Membrana citoplasmática aquele que separa o conteúdo da célula do ambiente externo. Os demais termos referem-se a todas as membranas.

A base da estrutura da membrana celular (biológica) é uma dupla camada de lipídios (gorduras). A formação de tal camada está associada às características de suas moléculas. Os lipídios não se dissolvem na água, mas se condensam nela à sua maneira. Uma parte de uma única molécula lipídica é uma cabeça polar (é atraída pela água, ou seja, hidrofílica), e a outra é um par de longas caudas não polares (esta parte da molécula é repelida pela água, ou seja, hidrofóbica) . Essa estrutura das moléculas as faz "esconder" suas caudas da água e virar suas cabeças polares em direção à água.

Como resultado, forma-se uma bicamada lipídica, na qual as caudas apolares ficam para dentro (de frente uma para a outra), e as cabeças polares ficam para fora (para o ambiente externo e citoplasma). A superfície de tal membrana é hidrofílica, mas dentro dela é hidrofóbica.

Nas membranas celulares, os fosfolipídios predominam entre os lipídios (são lipídios complexos). Suas cabeças contêm um resíduo de ácido fosfórico. Além dos fosfolipídios, existem os glicolipídios (lipídios + carboidratos) e o colesterol (pertence aos esteróis). Este último confere rigidez à membrana, localizando-se em sua espessura entre as caudas dos lipídios remanescentes (o colesterol é completamente hidrofóbico).

Devido à interação eletrostática, certas moléculas de proteínas são ligadas às cabeças carregadas dos lipídios, que se tornam proteínas de membrana de superfície. Outras proteínas interagem com caudas não polares, afundam parcialmente na bicamada ou a penetram completamente.

Assim, a membrana celular consiste em uma bicamada de lipídios, proteínas de superfície (periféricas), imersas (semi-integrais) e penetrantes (integrais). Além disso, algumas proteínas e lipídios na parte externa da membrana estão associados a cadeias de carboidratos.

Isso é modelo de mosaico fluido da estrutura da membrana foi proposto na década de 70 do século XX. Antes disso, foi assumido um modelo sanduíche da estrutura, segundo o qual a bicamada lipídica está localizada no interior e no interior e no exterior a membrana é coberta por camadas contínuas de proteínas de superfície. No entanto, o acúmulo de dados experimentais refutou essa hipótese.

A espessura das membranas em células diferentes é de cerca de 8 nm. As membranas (mesmo os lados diferentes de uma) diferem umas das outras na porcentagem de diferentes tipos de lipídios, proteínas, atividade enzimática, etc. Algumas membranas são mais líquidas e mais permeáveis, outras são mais densas.

As quebras na membrana celular fundem-se facilmente devido às características físico-químicas da bicamada lipídica. No plano da membrana, os lipídios e as proteínas (a menos que sejam fixados pelo citoesqueleto) se movem.

Funções da membrana celular

A maioria das proteínas imersas na membrana celular desempenha uma função enzimática (são enzimas). Frequentemente (especialmente nas membranas das organelas celulares) as enzimas são arranjadas em uma certa sequência para que os produtos da reação catalisados ​​por uma enzima passem para a segunda, depois para a terceira, etc. permitem que as enzimas nadem ao longo da bicamada lipídica.

A membrana celular desempenha uma função de delimitação (barreira) do meio ambiente e, ao mesmo tempo, uma função de transporte. Pode-se dizer que este é o seu propósito mais importante. A membrana citoplasmática, tendo resistência e permeabilidade seletiva, mantém a constância da composição interna da célula (sua homeostase e integridade).

Nesse caso, o transporte de substâncias ocorre de várias maneiras. O transporte ao longo de um gradiente de concentração envolve o movimento de substâncias de uma área com maior concentração para uma área com menor (difusão). Assim, por exemplo, os gases se difundem (CO 2, O 2).

Há também transporte contra o gradiente de concentração, mas com gasto de energia.

O transporte é passivo e leve (quando algum transportador o ajuda). A difusão passiva através da membrana celular é possível para substâncias lipossolúveis.

Existem proteínas especiais que tornam as membranas permeáveis ​​a açúcares e outras substâncias solúveis em água. Esses carreadores se ligam às moléculas transportadas e as arrastam pela membrana. É assim que a glicose é transportada para os glóbulos vermelhos.

As proteínas de extensão, quando combinadas, podem formar um poro para o movimento de certas substâncias através da membrana. Esses carreadores não se movem, mas formam um canal na membrana e funcionam de forma semelhante às enzimas, ligando-se a uma substância específica. A transferência é realizada devido a uma mudança na conformação da proteína, devido a quais canais são formados na membrana. Um exemplo é a bomba de sódio-potássio.

A função de transporte da membrana da célula eucariótica também é realizada através da endocitose (e exocitose). Por meio desses mecanismos, grandes moléculas de biopolímeros, até mesmo células inteiras, entram na célula (e saem dela). Endo e exocitose não são características de todas as células eucarióticas (os procariontes não a possuem). Assim, a endocitose é observada em protozoários e invertebrados inferiores; em mamíferos, leucócitos e macrófagos absorvem substâncias e bactérias nocivas, ou seja, a endocitose desempenha uma função protetora para o corpo.

A endocitose é dividida em fagocitose(citoplasma envolve partículas grandes) e pinocitose(captura de gotículas líquidas com substâncias dissolvidas). O mecanismo desses processos é aproximadamente o mesmo. Substâncias absorvidas na superfície da célula são cercadas por uma membrana. Uma vesícula (fagocítica ou pinocítica) é formada, que então se move para dentro da célula.

A exocitose é a remoção de substâncias da célula pela membrana citoplasmática (hormônios, polissacarídeos, proteínas, gorduras, etc.). Essas substâncias estão contidas em vesículas de membrana que se encaixam na membrana celular. Ambas as membranas se fundem e o conteúdo fica fora da célula.

A membrana citoplasmática desempenha uma função receptora. Para fazer isso, em seu lado externo existem estruturas que podem reconhecer um estímulo químico ou físico. Algumas das proteínas que penetram no plasmalema estão conectadas externamente a cadeias de polissacarídeos (formando glicoproteínas). Estes são receptores moleculares peculiares que capturam hormônios. Quando um determinado hormônio se liga ao seu receptor, ele muda sua estrutura. Isso, por sua vez, desencadeia o mecanismo de resposta celular. Ao mesmo tempo, os canais podem se abrir e certas substâncias podem começar a entrar na célula ou ser removidas dela.

A função receptora das membranas celulares tem sido bem estudada com base na ação do hormônio insulina. Quando a insulina se liga ao seu receptor de glicoproteína, a parte intracelular catalítica dessa proteína (a enzima adenilato ciclase) é ativada. A enzima sintetiza o AMP cíclico a partir do ATP. Já ativa ou inibe várias enzimas do metabolismo celular.

A função receptora da membrana citoplasmática também inclui o reconhecimento de células vizinhas do mesmo tipo. Tais células estão ligadas umas às outras por vários contatos intercelulares.

Nos tecidos, com a ajuda de contatos intercelulares, as células podem trocar informações entre si usando substâncias de baixo peso molecular especialmente sintetizadas. Um exemplo dessa interação é a inibição de contato, quando as células param de crescer após receberem a informação de que o espaço livre está ocupado.

Os contatos intercelulares são simples (membranas de células diferentes são adjacentes umas às outras), travamento (invaginação da membrana de uma célula em outra), desmossomos (quando as membranas são conectadas por feixes de fibras transversais que penetram no citoplasma). Além disso, existe uma variante de contatos intercelulares devido a mediadores (intermediários) - sinapses. Neles, o sinal é transmitido não apenas quimicamente, mas também eletricamente. As sinapses transmitem sinais entre as células nervosas, bem como do nervo para o músculo.

membrana celular- esta é uma membrana celular que desempenha as seguintes funções: separação do conteúdo da célula e do ambiente externo, transporte seletivo de substâncias (troca com o ambiente externo pela célula), local de algumas reações bioquímicas, integração das células nos tecidos e recepção.

As membranas celulares são divididas em plasma (intracelular) e externa. A principal propriedade de qualquer membrana é a semipermeabilidade, ou seja, a capacidade de passar apenas certas substâncias. Isso permite a troca seletiva entre a célula e o ambiente externo, ou a troca entre compartimentos da célula.

As membranas plasmáticas são estruturas de lipoproteínas. Os lipídios formam espontaneamente uma bicamada (camada dupla) e as proteínas da membrana "nadam" nela. Existem vários milhares de proteínas diferentes nas membranas: estruturais, transportadoras, enzimas, etc. Entre as moléculas de proteína existem poros através dos quais passam substâncias hidrofílicas (a bicamada lipídica impede sua penetração direta na célula). Grupos glicosil (monossacarídeos e polissacarídeos) estão ligados a algumas moléculas na superfície da membrana, que estão envolvidas no processo de reconhecimento celular durante a formação do tecido.

As membranas diferem em sua espessura, geralmente entre 5 e 10 nm. A espessura é determinada pelo tamanho da molécula lipídica anfifílica e é de 5,3 nm. Um aumento adicional na espessura da membrana é devido ao tamanho dos complexos proteicos da membrana. Dependendo das condições externas (o colesterol é o regulador), a estrutura da bicamada pode mudar para que se torne mais densa ou líquida - a velocidade de movimento das substâncias ao longo das membranas depende disso.

As membranas celulares incluem: plasmalema, cariolema, membranas do retículo endoplasmático, aparelho de Golgi, lisossomos, peroxissomos, mitocôndrias, inclusões, etc.

Os lipídios são insolúveis em água (hidrofobicidade), mas prontamente solúveis em solventes orgânicos e gorduras (lipofilicidade). A composição dos lipídios em diferentes membranas não é a mesma. Por exemplo, a membrana plasmática contém muito colesterol. Dos lipídios da membrana, os mais comuns são os fosfolipídios (glicerofosfatídeos), esfingomielinas (esfingolipídios), glicolipídios e colesterol.

Fosfolipídios, esfingomielinas, glicolipídios consistem em duas partes funcionalmente diferentes: não polares hidrofóbicos, que não carregam cargas - "caudas" compostas por ácidos graxos e hidrofílicas, contendo "cabeças" polares carregadas - grupos álcool (por exemplo, glicerol).

A parte hidrofóbica da molécula geralmente consiste em dois ácidos graxos. Um dos ácidos é limitante e o segundo é insaturado. Isso determina a capacidade dos lipídios de formar espontaneamente estruturas de membrana de duas camadas (bilipídeos). Os lipídios da membrana desempenham as seguintes funções: barreira, transporte, microambiente de proteínas, resistência elétrica da membrana.

As membranas diferem umas das outras por um conjunto de moléculas de proteína. Muitas proteínas de membrana consistem em regiões ricas em aminoácidos polares (carregadores de carga) e regiões com aminoácidos não polares (glicina, alanina, valina, leucina). Tais proteínas nas camadas lipídicas das membranas estão localizadas de tal forma que suas regiões não polares são, por assim dizer, imersas na parte "gordurosa" da membrana, onde estão localizadas as regiões hidrofóbicas dos lipídios. A parte polar (hidrofílica) dessas proteínas interage com as cabeças lipídicas e é voltada para a fase aquosa.

As membranas biológicas têm propriedades comuns:

as membranas são sistemas fechados que não permitem que o conteúdo da célula e seus compartimentos se misturem. A violação da integridade da membrana pode levar à morte celular;

mobilidade superficial (planar, lateral). Nas membranas, há um movimento contínuo de substâncias sobre a superfície;

assimetria da membrana. A estrutura das camadas externas e superficiais é quimicamente, estruturalmente e funcionalmente heterogênea.

Citoplasma- uma parte obrigatória da célula, encerrada entre a membrana plasmática e o núcleo; É subdividido em hialoplasma (substância principal do citoplasma), organelas (componentes permanentes do citoplasma) e inclusões (componentes temporários do citoplasma). A composição química do citoplasma: a base é a água (60-90% da massa total do citoplasma), vários compostos orgânicos e inorgânicos. O citoplasma é alcalino. Uma característica do citoplasma de uma célula eucariótica é o movimento constante ( ciclose). É detectado principalmente pelo movimento de organelas celulares, como os cloroplastos. Se o movimento do citoplasma parar, a célula morre, pois só estando em constante movimento ela pode desempenhar suas funções.

Hialoplasma ( citosol) é uma solução coloidal incolor, viscosa, espessa e transparente. É nele que ocorrem todos os processos metabólicos, proporciona a interligação do núcleo e de todas as organelas. Dependendo da predominância da parte líquida ou de grandes moléculas no hialoplasma, distinguem-se duas formas de hialoplasma: Sol- mais hialoplasma líquido e gel- hialoplasma mais denso. Transições mútuas são possíveis entre eles: o gel se transforma em um sol e vice-versa.

Funções do citoplasma:

1. integração de todos os componentes da célula em um único sistema,
2. ambiente para a passagem de muitos processos bioquímicos e fisiológicos,
3. ambiente para a existência e funcionamento das organelas.

Paredes celulares

Paredes celulares limitar as células eucarióticas. Pelo menos duas camadas podem ser distinguidas em cada membrana celular. A camada interna é adjacente ao citoplasma e é representada por membrana de plasma(sinônimos - plasmalema, membrana celular, membrana citoplasmática), sobre a qual a camada externa é formada. Em uma célula animal, é fino e é chamado de glicocálice(formado por glicoproteínas, glicolipídios, lipoproteínas), em uma célula vegetal - espessa, chamada parede celular(formado por celulose).

Todas as membranas biológicas têm características e propriedades estruturais comuns. Atualmente geralmente aceito modelo de mosaico fluido da estrutura da membrana. A base da membrana é uma bicamada lipídica, formada principalmente por fosfolipídios. Os fosfolipídios são triglicerídeos nos quais um resíduo de ácido graxo é substituído por um resíduo de ácido fosfórico; a seção da molécula na qual o resíduo de ácido fosfórico está localizado é chamada de cabeça hidrofílica, as seções em que os resíduos de ácido graxo estão localizados são chamadas de caudas hidrofóbicas. Na membrana, os fosfolipídios estão dispostos de maneira estritamente ordenada: as caudas hidrofóbicas das moléculas estão voltadas uma para a outra e as cabeças hidrofílicas voltadas para fora, em direção à água.

Além dos lipídios, a membrana contém proteínas (em média ≈ 60%). Eles determinam a maioria das funções específicas da membrana (transporte de certas moléculas, catálise de reações, recepção e conversão de sinais do ambiente, etc.). Distinguir: 1) proteínas periféricas(localizado na superfície externa ou interna da bicamada lipídica), 2) proteínas semi-integrais(imerso na bicamada lipídica a diferentes profundidades), 3) proteínas integrais ou transmembranares(permear a membrana por completo, enquanto em contato com o ambiente externo e interno da célula). As proteínas integrais, em alguns casos, são chamadas de formadoras de canais, ou canal, uma vez que podem ser consideradas canais hidrofílicos através dos quais as moléculas polares passam para a célula (o componente lipídico da membrana não as deixaria passar).

A - cabeça hidrofílica do fosfolipídio; C, caudas hidrofóbicas do fosfolípido; 1 - regiões hidrofóbicas das proteínas E e F; 2, regiões hidrofílicas da proteína F; 3 - uma cadeia de oligossacarídeos ramificada ligada a um lipídio em uma molécula de glicolipídio (os glicolipídios são menos comuns que as glicoproteínas); 4 - cadeia oligossacarídica ramificada ligada a uma proteína em uma molécula de glicoproteína; 5 - canal hidrofílico (funciona como um poro por onde podem passar íons e algumas moléculas polares).

A membrana pode conter carboidratos (até 10%). O componente carboidrato das membranas é representado por cadeias de oligossacarídeos ou polissacarídeos associadas a moléculas de proteínas (glicoproteínas) ou lipídios (glicolipídeos). Basicamente, os carboidratos estão localizados na superfície externa da membrana. Os carboidratos fornecem funções receptoras da membrana. Nas células animais, as glicoproteínas formam um complexo epimembranar, o glicocálice, com várias dezenas de nanômetros de espessura. Muitos receptores celulares estão localizados nele, com sua ajuda ocorre a adesão celular.

Moléculas de proteínas, carboidratos e lipídios são móveis, capazes de se mover no plano da membrana. A espessura da membrana plasmática é de aproximadamente 7,5 nm.

Funções da membrana

As membranas desempenham as seguintes funções:

1. separação do conteúdo celular do ambiente externo,
2. regulação do metabolismo entre a célula e o ambiente,
3. divisão da célula em compartimentos ("compartimentos"),
4. localização de "transportadores enzimáticos",
5. fornecendo comunicação entre células nos tecidos de organismos multicelulares (adesão),
6. reconhecimento do sinal.

O mais importante propriedade da membrana- permeabilidade selectiva, i.e. as membranas são altamente permeáveis ​​a algumas substâncias ou moléculas e pouco permeáveis ​​(ou completamente impermeáveis) a outras. Essa propriedade está subjacente à função reguladora das membranas, que garante a troca de substâncias entre a célula e o meio externo. O processo pelo qual as substâncias passam através da membrana celular é chamado de transporte de substâncias. Distinguir: 1) transporte passivo- o processo de passagem de substâncias, ficando sem energia; 2) transporte Ativo- o processo de passagem de substâncias, acompanhando o custo da energia.

No transporte passivo substâncias se movem de uma área com maior concentração para uma área com menor, ou seja, ao longo do gradiente de concentração. Em qualquer solução existem moléculas do solvente e do soluto. O processo de movimento de moléculas de soluto é chamado de difusão, o movimento de moléculas de solvente é chamado de osmose. Se a molécula estiver carregada, seu transporte é afetado pelo gradiente elétrico. Portanto, muitas vezes se fala de um gradiente eletroquímico, combinando ambos os gradientes. A velocidade de transporte depende da magnitude do gradiente.

Os seguintes tipos de transporte passivo podem ser distinguidos: 1) difusão simples- transporte de substâncias diretamente através da bicamada lipídica (oxigênio, dióxido de carbono); 2) difusão através dos canais de membrana- transporte através de proteínas formadoras de canais (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) difusão facilitada- transporte de substâncias usando proteínas de transporte especiais, cada uma das quais é responsável pelo movimento de certas moléculas ou grupos de moléculas relacionadas (glicose, aminoácidos, nucleotídeos); 4) osmose- transporte de moléculas de água (em todos os sistemas biológicos, a água é o solvente).

Necessidade transporte Ativo ocorre quando é necessário assegurar a transferência de moléculas através da membrana contra o gradiente eletroquímico. Este transporte é realizado por proteínas transportadoras especiais, cuja atividade requer gasto de energia. A fonte de energia são as moléculas de ATP. O transporte ativo inclui: 1) bomba de Na+/K+ (bomba de sódio-potássio), 2) endocitose, 3) exocitose.

Trabalho Na + /K + -bomba. Para o funcionamento normal, a célula deve manter uma certa proporção de íons K + e Na + no citoplasma e no ambiente externo. A concentração de K + dentro da célula deve ser significativamente maior do que fora dela, e Na + - vice-versa. Deve-se notar que Na + e K + podem se difundir livremente através dos poros da membrana. A bomba Na+/K+ neutraliza a equalização dessas concentrações de íons e bombeia ativamente Na+ para fora da célula e K+ para dentro da célula. A bomba de Na + /K + - é uma proteína transmembrana capaz de mudanças conformacionais, de modo que pode anexar tanto K + quanto Na + . O ciclo de funcionamento da bomba de Na + /K + - pode ser dividido nas seguintes fases: 1) fixação de Na + do interior da membrana, 2) fosforilação da proteína da bomba, 3) liberação de Na + no espaço extracelular, 4) fixação de K + do lado de fora da membrana, 5) desfosforilação da proteína bomba, 6) liberação de K + no espaço intracelular. A bomba de sódio-potássio consome quase um terço de toda a energia necessária para a vida da célula. Durante um ciclo de operação, a bomba bombeia 3Na+ da célula e bombeia 2K+.

Endocitose- o processo de absorção pela célula de grandes partículas e macromoléculas. Existem dois tipos de endocitose: 1) fagocitose- captura e absorção de partículas grandes (células, partes celulares, macromoléculas) e 2) pinocitose- captura e absorção de material líquido (solução, solução coloidal, suspensão). O fenômeno da fagocitose foi descoberto por I.I. Mechnikov em 1882. Durante a endocitose, a membrana plasmática forma uma invaginação, suas bordas se fundem e estruturas separadas do citoplasma por uma única membrana são atadas ao citoplasma. Muitos protozoários e alguns leucócitos são capazes de fagocitose. A pinocitose é observada nas células epiteliais do intestino, no endotélio dos capilares sanguíneos.

Exocitose- o processo inverso da endocitose: a remoção de várias substâncias da célula. Durante a exocitose, a membrana da vesícula se funde com a membrana citoplasmática externa, o conteúdo da vesícula é removido para fora da célula e sua membrana é incluída na membrana citoplasmática externa. Dessa forma, os hormônios são excretados das células das glândulas endócrinas e, nos protozoários, o alimento não digerido permanece.

Vamos para palestras número 5"Teoria celular. Tipos de organização celular»

Vamos para palestras número 7"Célula eucariótica: estrutura e funções das organelas"

A grande maioria dos organismos que vivem na Terra consiste em células que são muito semelhantes em sua composição química, estrutura e atividade vital. Em cada célula ocorre o metabolismo e a conversão de energia. A divisão celular está subjacente aos processos de crescimento e reprodução dos organismos. Assim, a célula é uma unidade de estrutura, desenvolvimento e reprodução dos organismos.

A célula só pode existir como um sistema integral, indivisível em partes. A integridade celular é fornecida por membranas biológicas. Uma célula é um elemento de um sistema de nível superior - um organismo. Partes e organelas de uma célula, consistindo de moléculas complexas, são sistemas integrais de nível inferior.

Uma célula é um sistema aberto conectado com o meio ambiente através da troca de matéria e energia. Este é um sistema funcional em que cada molécula desempenha determinadas funções. A célula tem estabilidade, capacidade de autorregulação e autorreprodução.

A célula é um sistema autônomo. O sistema genético controlador de uma célula é representado por macromoléculas complexas - ácidos nucléicos (DNA e RNA).

Em 1838-1839. Os biólogos alemães M. Schleiden e T. Schwann resumiram o conhecimento sobre a célula e formularam a posição principal da teoria celular, cuja essência é que todos os organismos, tanto vegetais quanto animais, consistem em células.

Em 1859, R. Virchow descreveu o processo de divisão celular e formulou uma das cláusulas mais importantes da teoria celular: "Cada célula vem de outra célula". Novas células são formadas como resultado da divisão da célula mãe, e não de substância não celular, como se pensava anteriormente.

A descoberta pelo cientista russo K. Baer em 1826 de ovos de mamíferos levou à conclusão de que a célula é a base do desenvolvimento de organismos multicelulares.

A teoria celular moderna inclui as seguintes disposições:

1) uma célula é uma unidade de estrutura e desenvolvimento de todos os organismos;

2) as células de organismos de diferentes reinos da vida selvagem são semelhantes em estrutura, composição química, metabolismo e as principais manifestações de atividade vital;

3) novas células são formadas como resultado da divisão da célula mãe;

4) em um organismo multicelular, as células formam tecidos;

5) Os órgãos são compostos de tecidos.

Com a introdução de métodos modernos de pesquisa biológica, física e química na biologia, tornou-se possível estudar a estrutura e o funcionamento dos vários componentes da célula. Um dos métodos para estudar células é microscopia. Um microscópio de luz moderno amplia objetos 3.000 vezes e permite que você veja as maiores organelas de uma célula, observe o movimento do citoplasma e a divisão celular.

Inventado nos anos 40. século 20 Um microscópio eletrônico dá ampliação de dezenas e centenas de milhares de vezes. O microscópio eletrônico usa um fluxo de elétrons em vez de luz e campos eletromagnéticos em vez de lentes. Portanto, o microscópio eletrônico fornece uma imagem clara em ampliações muito maiores. Com a ajuda de tal microscópio, foi possível estudar a estrutura das organelas celulares.

A estrutura e composição das organelas celulares é estudada usando o método centrifugação. Tecidos esmagados com membranas celulares destruídas são colocados em tubos de ensaio e girados em uma centrífuga em alta velocidade. O método é baseado no fato de que diferentes organelas celulares têm diferentes massas e densidades. Organelas mais densas são depositadas em um tubo de ensaio em baixas velocidades de centrifugação, menos densas - em altas. Essas camadas são estudadas separadamente.

amplamente utilizado método de cultura de células e tecidos, que consiste no fato de que, de uma ou mais células em um meio nutritivo especial, você pode obter um grupo do mesmo tipo de células animais ou vegetais e até cultivar uma planta inteira. Usando este método, você pode obter uma resposta para a questão de como vários tecidos e órgãos do corpo são formados a partir de uma célula.

As principais provisões da teoria celular foram formuladas pela primeira vez por M. Schleiden e T. Schwann. Uma célula é uma unidade de estrutura, vida, reprodução e desenvolvimento de todos os organismos vivos. Para estudar as células, são utilizados métodos de microscopia, centrifugação, cultura de células e tecidos, etc.

Células de fungos, plantas e animais têm muito em comum não apenas na composição química, mas também na estrutura. Quando uma célula é examinada ao microscópio, várias estruturas são visíveis nela - organelas. Cada organela desempenha funções específicas. Existem três partes principais em uma célula: a membrana plasmática, o núcleo e o citoplasma (Figura 1).

membrana de plasma separa a célula e seu conteúdo do ambiente. Na figura 2, você pode ver: a membrana é formada por duas camadas de lipídios, e as moléculas de proteína penetram na espessura da membrana.

A principal função da membrana plasmática transporte. Garante o fornecimento de nutrientes à célula e a remoção de produtos metabólicos dela.

Uma propriedade importante da membrana é permeabilidade seletiva, ou semi-permeabilidade, permite que a célula interaja com o ambiente: apenas certas substâncias entram e saem dele. Pequenas moléculas de água e algumas outras substâncias entram na célula por difusão, em parte através dos poros da membrana.

Açúcares, ácidos orgânicos, sais são dissolvidos no citoplasma, a seiva celular dos vacúolos das células vegetais. Além disso, sua concentração na célula é muito maior do que no meio ambiente. Quanto maior a concentração dessas substâncias na célula, mais ela absorve água. Sabe-se que a água é constantemente consumida pela célula, devido ao que a concentração de seiva celular aumenta e a água entra novamente na célula.

A entrada de moléculas maiores (glicose, aminoácidos) na célula é proporcionada pelas proteínas transportadoras da membrana, que, combinando-se com as moléculas das substâncias transportadas, as transportam através da membrana. Enzimas que quebram o ATP estão envolvidas neste processo.

Figura 1. Esquema generalizado da estrutura de uma célula eucariótica.
(clique na imagem para ampliar a imagem)

Figura 2. A estrutura da membrana plasmática.
1 - esquilos perfurantes, 2 - esquilos submersos, 3 - esquilos externos

Figura 3. Esquema de pinocitose e fagocitose.

Moléculas ainda maiores de proteínas e polissacarídeos entram na célula por fagocitose (do grego. fagos- devorando e papagaios- vaso, célula) e gotas de líquido - por pinocitose (do grego. pinot- beber e papagaios) (Fig. 3).

As células animais, ao contrário das células vegetais, são circundadas por um "casaco de pele" macio e flexível formado principalmente por moléculas de polissacarídeos, que, ao se ligarem a algumas proteínas e lipídios da membrana, envolvem a célula por fora. A composição dos polissacarídeos é específica para diferentes tecidos, devido aos quais as células "reconhecem" umas às outras e se conectam.

As células vegetais não têm esse "casaco de pele". Eles têm uma membrana cheia de poros acima da membrana plasmática. parede celular composto predominantemente por celulose. Os fios do citoplasma se estendem de célula em célula através dos poros, conectando as células umas às outras. É assim que a conexão entre as células é realizada e a integridade do corpo é alcançada.

A membrana celular nas plantas desempenha o papel de um esqueleto forte e protege a célula contra danos.

A maioria das bactérias e todos os fungos possuem membrana celular, apenas sua composição química é diferente. Nos fungos, consiste em uma substância semelhante à quitina.

As células de fungos, plantas e animais têm uma estrutura semelhante. Existem três partes principais em uma célula: núcleo, citoplasma e membrana plasmática. A membrana plasmática é formada por lipídios e proteínas. Garante a entrada de substâncias na célula e sua liberação da célula. Nas células de plantas, fungos e na maioria das bactérias, existe uma membrana celular acima da membrana plasmática. Desempenha uma função protetora e desempenha o papel de um esqueleto. Nas plantas, a parede celular consiste em celulose, enquanto nos fungos, é composta por uma substância semelhante à quitina. As células animais são recobertas por polissacarídeos que proporcionam contatos entre as células do mesmo tecido.

Você sabe que a maior parte da célula é citoplasma. Consiste em água, aminoácidos, proteínas, carboidratos, ATP, íons de substâncias não orgânicas. O citoplasma contém o núcleo e as organelas da célula. Nela, as substâncias se movem de uma parte da célula para outra. O citoplasma garante a interação de todas as organelas. É aqui que ocorrem as reações químicas.

Todo o citoplasma é permeado por finos microtúbulos de proteínas, formando citoesqueleto celular devido ao qual mantém a sua forma permanente. O citoesqueleto da célula é flexível, pois os microtúbulos são capazes de mudar de posição, mover-se de uma extremidade e encurtar da outra. Várias substâncias entram na célula. O que acontece com eles na gaiola?

Nos lisossomos - pequenas vesículas de membrana arredondadas (veja a Fig. 1), as moléculas de substâncias orgânicas complexas são divididas em moléculas mais simples com a ajuda de enzimas hidrolíticas. Por exemplo, as proteínas são decompostas em aminoácidos, polissacarídeos em monossacarídeos, gorduras em glicerol e ácidos graxos. Para esta função, os lisossomos são frequentemente chamados de "estações digestivas" da célula.

Se a membrana dos lisossomos for destruída, as enzimas contidas neles podem digerir a própria célula. Portanto, às vezes os lisossomos são chamados de "ferramentas para matar a célula".

A oxidação enzimática de pequenas moléculas de aminoácidos, monossacarídeos, ácidos graxos e álcoois formados nos lisossomos em dióxido de carbono e água começa no citoplasma e termina em outras organelas - mitocôndria. As mitocôndrias são organelas em forma de bastonetes, filamentosas ou esféricas, delimitadas do citoplasma por duas membranas (Fig. 4). A membrana externa é lisa, enquanto a membrana interna forma dobras - cristas que aumentam sua superfície. As enzimas envolvidas nas reações de oxidação de substâncias orgânicas em dióxido de carbono e água estão localizadas na membrana interna. Nesse caso, é liberada energia, que é armazenada pela célula em moléculas de ATP. Portanto, as mitocôndrias são chamadas de "potências" da célula.

Na célula, as substâncias orgânicas não são apenas oxidadas, mas também sintetizadas. A síntese de lipídios e carboidratos é realizada no retículo endoplasmático - EPS (Fig. 5), e proteínas - nos ribossomos. O que é um EPS? Este é um sistema de túbulos e cisternas, cujas paredes são formadas por uma membrana. Permeiam todo o citoplasma. Através dos canais ER, as substâncias se movem para diferentes partes da célula.

Há um EPS liso e áspero. Carboidratos e lipídios são sintetizados na superfície do EPS liso com a participação de enzimas. A rugosidade do EPS é dada por pequenos corpos arredondados localizados nele - ribossomos(ver Fig. 1), que estão envolvidos na síntese de proteínas.

A síntese de substâncias orgânicas ocorre em plastídios encontrada apenas em células vegetais.

Arroz. 4. Esquema da estrutura das mitocôndrias.
1.- membrana externa; 2.- membrana interna; 3.- dobras da membrana interna - cristas.

Arroz. 5. Esquema da estrutura do EPS bruto.

Arroz. 6. Esquema da estrutura do cloroplasto.
1.- membrana externa; 2.- membrana interna; 3.- conteúdo interno do cloroplasto; 4. - dobras da membrana interna, recolhidas em "pilhas" e formando grana.

Em plastídios incolores - leucoplastos(do grego. leuco- branco e plastos- criado) o amido se acumula. Os tubérculos de batata são muito ricos em leucoplastos. A cor amarela, laranja e vermelha é dada a frutas e flores cromoplastos(do grego. cromada- cor e plastos). Eles sintetizam os pigmentos envolvidos na fotossíntese, - carotenóides. Na vida vegetal, a importância cloroplastos(do grego. cloros- esverdeado e plastos) - plastídios verdes. Na figura 6, você pode ver que os cloroplastos são cobertos por duas membranas: externa e interna. A membrana interna forma dobras; entre as dobras há bolhas empilhadas em pilhas - grãos. Os grãos contêm moléculas de clorofila que estão envolvidas na fotossíntese. Cada cloroplasto contém cerca de 50 grãos dispostos em um padrão quadriculado. Este arranjo garante a iluminação máxima de cada grão.

No citoplasma, proteínas, lipídios, carboidratos podem se acumular na forma de grãos, cristais, gotículas. Esses inclusão- reserva nutrientes que são consumidos pela célula conforme necessário.

Nas células vegetais, parte dos nutrientes de reserva, bem como os produtos de decomposição, acumulam-se na seiva celular dos vacúolos (ver Fig. 1). Eles podem representar até 90% do volume de uma célula vegetal. As células animais possuem vacúolos temporários que não ocupam mais de 5% de seu volume.

Arroz. 7. Esquema da estrutura do complexo de Golgi.

Na Figura 7 você vê um sistema de cavidades cercado por uma membrana. Isso é complexo de Golgi, que desempenha várias funções na célula: participa do acúmulo e transporte de substâncias, sua remoção da célula, a formação de lisossomos, a membrana celular. Por exemplo, as moléculas de celulose entram na cavidade do complexo de Golgi, que, com a ajuda de bolhas, se movem para a superfície da célula e são incluídas na membrana celular.

A maioria das células se reproduz por divisão. Este processo envolve centro celular. Consiste em dois centríolos circundados por citoplasma denso (ver Fig. 1). No início da divisão, os centríolos divergem em direção aos pólos da célula. Os filamentos de proteínas divergem deles, que se conectam aos cromossomos e garantem sua distribuição uniforme entre duas células-filhas.

Todas as organelas da célula estão intimamente interligadas. Por exemplo, as moléculas de proteína são sintetizadas nos ribossomos, são transportadas através dos canais EPS para diferentes partes da célula e as proteínas são destruídas nos lisossomos. As moléculas recém-sintetizadas são usadas para construir estruturas celulares ou acumular no citoplasma e vacúolos como nutrientes de reserva.

A célula está cheia de citoplasma. O citoplasma contém o núcleo e várias organelas: lisossomos, mitocôndrias, plastídios, vacúolos, RE, centro celular, complexo de Golgi. Eles diferem em sua estrutura e funções. Todas as organelas do citoplasma interagem entre si, garantindo o funcionamento normal da célula.

Tabela 1. ESTRUTURA DA CÉLULA

ORGANELAS	ESTRUTURA E PROPRIEDADES	FUNÇÕES
Concha	Consiste em celulose. Envolve as células vegetais. Tem poros	Dá força à célula, mantém uma certa forma, protege. É o esqueleto das plantas
membrana celular externa	Estrutura celular de dupla membrana. Consiste em uma camada bilipídica e proteínas intercaladas em mosaico, os carboidratos estão localizados do lado de fora. Semipermeável	Limita o conteúdo vivo das células de todos os organismos. Fornece permeabilidade seletiva, protege, regula o equilíbrio água-sal, troca com o ambiente externo.
Retículo endoplasmático (RE)	estrutura de membrana única. O sistema de túbulos, túbulos, cisternas. Penetra todo o citoplasma da célula. RE liso e RE granular com ribossomos	Divide a célula em compartimentos separados onde ocorrem processos químicos. Fornece comunicação e transporte de substâncias na célula. A síntese de proteínas ocorre no retículo endoplasmático granular. No liso - síntese lipídica
Aparelho de Golgi	estrutura de membrana única. O sistema de bolhas, tanques, nos quais os produtos de síntese e decaimento estão localizados	Fornece empacotamento e remoção de substâncias da célula, forma lisossomos primários
Lisossomos	Estruturas celulares esféricas de membrana única. Contém enzimas hidrolíticas	Fornece a quebra de substâncias macromoleculares, digestão intracelular
Ribossomos	Estruturas em forma de cogumelo sem membrana. Composto por pequenas e grandes subunidades	Contido no núcleo, citoplasma e no retículo endoplasmático granular. Participa da biossíntese de proteínas.
Mitocôndria	Organelas oblongas de duas membranas. A membrana externa é lisa, a interna forma cristas. preenchido com matriz. Existem DNA mitocondrial, RNA, ribossomos. Estrutura semi-autônoma	São as estações de energia das células. Eles fornecem o processo respiratório - oxidação de oxigênio de substâncias orgânicas. Síntese de ATP em andamento
Plastídeos Cloroplastos	característica das células vegetais. Organelas oblongas semi-autônomas de duas membranas. No seu interior são preenchidos com estroma, no qual se encontram os grana. Grana são formados a partir de estruturas de membrana - tilacóides. Tem DNA, RNA, ribossomos	A fotossíntese ocorre. Nas membranas dos tilacóides, ocorrem reações da fase clara, no estroma - da fase escura. Síntese de carboidratos
Cromoplastos	Organelas esféricas de duas membranas. Contém pigmentos: vermelho, laranja, amarelo. Formado por cloroplastos	Dê cor às flores e frutas. Formado no outono a partir de cloroplastos, dá às folhas uma cor amarela
Leucoplastos	Plastídios esféricos não corados de duas membranas. Na luz eles podem se transformar em cloroplastos	Armazena nutrientes na forma de grãos de amido
Central de celular	estruturas não-membranosas. Composto por dois centríolos e uma centrosfera	Forma um fuso de divisão celular, participa da divisão. As células duplicam após a divisão
Vacúolo	característica da célula vegetal. Cavidade da membrana preenchida com seiva celular	Regula a pressão osmótica da célula. Acumula nutrientes e produtos residuais da célula
Testemunho	O principal componente da célula. Rodeado por uma membrana nuclear porosa de bicamada. preenchido com carioplasma. Contém DNA na forma de cromossomos (cromatina)	Regula todos os processos na célula. Fornece transmissão de informações hereditárias. O número de cromossomos é constante para cada espécie. Suporta replicação de DNA e síntese de RNA
nucléolo	Formação escura no núcleo, não separada do carioplasma	Local de formação do ribossomo
Organelas de movimento. Cílios. Flagelos	Expansões do citoplasma cercadas por uma membrana	Fornecer movimento celular, remoção de partículas de poeira (epitélio ciliado)

O papel mais importante na atividade vital e divisão celular de fungos, plantas e animais pertence ao núcleo e aos cromossomos localizados nele. A maioria das células desses organismos possui um único núcleo, mas também existem células multinucleadas, como as células musculares. O núcleo está localizado no citoplasma e tem uma forma redonda ou oval. É coberto com uma concha composta por duas membranas. A membrana nuclear possui poros através dos quais ocorre a troca de substâncias entre o núcleo e o citoplasma. O núcleo é preenchido com suco nuclear, que contém os nucléolos e os cromossomos.

Nucléolos são "oficinas para a produção" de ribossomos, que são formados a partir de RNA ribossômico formado no núcleo e proteínas sintetizadas no citoplasma.

A principal função do núcleo - o armazenamento e transmissão de informações hereditárias - está associada à cromossomos. Cada tipo de organismo tem seu próprio conjunto de cromossomos: um certo número, forma e tamanho.

Todas as células do corpo, exceto as células sexuais, são chamadas somático(do grego. peixe-gato- corpo). As células de um organismo da mesma espécie contêm o mesmo conjunto de cromossomos. Por exemplo, em humanos, cada célula do corpo contém 46 cromossomos, na mosca da fruta Drosophila - 8 cromossomos.

As células somáticas geralmente têm um conjunto duplo de cromossomos. É chamado diplóide e denotado 2 n. Então, uma pessoa tem 23 pares de cromossomos, ou seja, 2 n= 46. As células sexuais contêm metade do número de cromossomos. é solteiro ou haplóide, conjunto. Pessoa 1 n = 23.

Todos os cromossomos nas células somáticas, ao contrário dos cromossomos nas células germinativas, são pareados. Os cromossomos que compõem um par são idênticos entre si. Os cromossomos pareados são chamados homólogo. Os cromossomos que pertencem a diferentes pares e diferem em forma e tamanho são chamados não homólogo(Fig. 8).

Em algumas espécies, o número de cromossomos pode ser o mesmo. Por exemplo, no trevo vermelho e ervilhas 2 n= 14. No entanto, seus cromossomos diferem em forma, tamanho, composição de nucleotídeos das moléculas de DNA.

Arroz. 8. Um conjunto de cromossomos em células de Drosophila.

Arroz. 9. A estrutura do cromossomo.

Para entender o papel dos cromossomos na transmissão de informações hereditárias, é necessário conhecer sua estrutura e composição química.

Os cromossomos de uma célula que não se divide se parecem com fios longos e finos. Cada cromossomo antes da divisão celular consiste em dois fios idênticos - cromátides, que são conectados entre as aletas de constrição - (Fig. 9).

Os cromossomos são formados por DNA e proteínas. Como a composição de nucleotídeos do DNA varia entre as espécies, a composição dos cromossomos é única para cada espécie.

Todas as células, exceto as bactérias, têm um núcleo contendo nucléolos e cromossomos. Cada espécie é caracterizada por um conjunto específico de cromossomos: número, forma e tamanho. Nas células somáticas da maioria dos organismos, o conjunto de cromossomos é diplóide, nas células sexuais é haploide. Cromossomos pareados são chamados de homólogos. Os cromossomos são formados por DNA e proteínas. As moléculas de DNA fornecem armazenamento e transmissão de informações hereditárias de célula para célula e de organismo para organismo.

Tendo trabalhado com esses tópicos, você deve ser capaz de:

1. Diga em que casos é necessário usar um microscópio de luz (estrutura), um microscópio eletrônico de transmissão.
2. Descreva a estrutura da membrana celular e explique a relação entre a estrutura da membrana e sua capacidade de trocar substâncias entre a célula e o meio ambiente.
3. Definir os processos: difusão, difusão facilitada, transporte ativo, endocitose, exocitose e osmose. Aponte as diferenças entre esses processos.
4. Cite as funções das estruturas e indique em quais células (plantas, animais ou procarióticas) elas estão localizadas: núcleo, membrana nuclear, nucleoplasma, cromossomos, membrana plasmática, ribossomo, mitocôndria, parede celular, cloroplasto, vacúolo, lisossomo, retículo endoplasmático liso. agranular) e rugoso (granular), centro celular, aparelho de Golgi, cílio, flagelo, mesossoma, pili ou fímbrias.
5. Cite pelo menos três sinais pelos quais uma célula vegetal pode ser distinguida de uma célula animal.
6. Liste as principais diferenças entre células procarióticas e eucarióticas.

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Biologia Geral". Moscou, "Iluminismo", 2000

• Tópico 1. "Membrana plasmática". §1, §8 pp. 5;20
• Tópico 2. "Gaiola". §8-10 pp. 20-30
• Tópico 3. "Célula procariótica. Vírus." §11 pp. 31-34

A membrana celular de uma planta é uma das organelas que envolve o citoplasma e serve como uma barreira específica entre o conteúdo interno e o ambiente externo. Este organoide também tem outros nomes aceitos na ciência biológica: membrana plasmática, plasmalema e citolema. Foi totalmente estudado apenas relativamente recentemente - nos anos setenta do século passado, um avanço no estudo está associado ao advento dos primeiros microscópios eletrônicos, o que facilitou muito o trabalho dos pesquisadores. Os primeiros experimentos científicos relacionados ao plasmalema e que receberam resultados importantes foram realizados em 1925. A membrana celular de uma célula vegetal tem propriedades que a distinguem de uma organela animal semelhante. Este artigo discutirá esses recursos em detalhes.

E as funções não são muito diferentes em diferentes organismos. A maioria das espécies tem a seguinte estrutura de membrana plasmática:

1. camada externa. É composto por proteínas, não é contínuo, possui canais especiais em sua estrutura, constituídos por íons, que servem para transportar no interior substâncias que não são capazes de superar independentemente a camada intermediária.
2. camada média. Caso contrário - bilipid ou gorduroso. É líquido e relativamente homogêneo, pois diferentes tipos de proteínas presentes nas camadas externas conseguem penetrar no seu interior. Contém vários tipos de lípidos: fosfolípidos, colesterol e glicolípidos. O colesterol nem sempre está presente. Os lipídios têm uma cabeça, que é considerada hidrofílica, bem como duas extremidades longas, que, ao contrário, são hidrofóbicas.
3. A camada interna. Semelhante à camada externa, consiste em proteínas. Além disso, as camadas de proteínas possuem lipídios anulares especiais, que servem como um filme protetor para elas, garantindo seu trabalho.

As camadas de proteína da membrana celular vegetal são compostas por:

• proteínas integrais. Distribuído por toda a largura do plasmalema;
• semi-integral. Embutidos no interior, mas não passam pelo citolema;
• periférico. Presente apenas na superfície.

Considerado acima, que é basicamente o mesmo em diferentes espécies, ainda apresenta pequenas diferenças em organismos como plantas, fungos e bactérias. Para entender a essência dessas diferenças, é necessário considerar as tarefas que o plasmalema resolve nos organismos vegetais.

Assista a um vídeo sobre a estrutura da célula e a membrana celular.

A membrana celular de uma planta desempenha as seguintes funções:

1. Envio. Promove a ingestão de nutrientes essenciais. Regula a troca geral da célula com o ambiente externo.
2. Matriz. Responsável pela localização de outras organelas internas, fixa sua posição e promove sua interação entre si.
3. Regulação do metabolismo energético. Fornece o fluxo de vários processos, desde a fotossíntese até a respiração celular. Esses processos seriam impossíveis sem os canais proteicos do plasmalema.
4. Produção de enzimas. As enzimas são produzidas nas camadas proteicas das membranas plasmáticas de algumas células.

Nas células animais e vegetais, a estrutura da membrana celular é idêntica, mas as funções que desempenham são diferentes. Isso pode ser explicado pela presença de plantas. Essa parede é um organoide adicional que cobre o citolema do lado de fora e, como resultado, assume algumas de suas funções.

Funções assumidas pela parede celular:

• protetor. Esta parede é forte, o que ajuda a evitar danos mecânicos. Também permite a entrada de moléculas seletivamente, impedindo a entrada daqueles que são patogênicos;
• formação de estoque. Algumas substâncias úteis são depositadas na parede para uso em caso de condições adversas, bem como para garantir o crescimento e o desenvolvimento;
• regula a pressão interna. O desempenho dessa função está diretamente relacionado à força do corpo;
• interação com outras células. A presença de canais especiais na parede permite trocar informações sobre o estado do ambiente externo.

A parede considerada assume uma série de funções desempenhadas em organismos animais pelo citolema. É por isso que a estrutura da membrana das plantas e algumas outras espécies podem diferir.

O valor do citolema para o corpo

Apesar do fato de que nas plantas muitas funções foram delegadas do citolema para outra organela, ele ainda desempenha um papel muito importante na vida do organismo.

É com a ajuda do plasmalema que ocorrem os principais processos metabólicos, expressos pelas seguintes reações:

1. Exocitose. A liberação para o exterior de substâncias que já foram processadas anteriormente ou foram formadas especificamente para entrar no ambiente externo (por exemplo, hormônios ou enzimas). Para removê-los, vesículas especiais são formadas na superfície interna do citolema, que passam pelas fileiras de lipídios e, em seguida, seu conteúdo é liberado para o exterior.
2. Fagocitose. Absorção pelo citolema de partículas de certos nutrientes e seu processamento posterior. Células especiais chamadas fagócitos, que estão ligadas ao citolema, são responsáveis ​​por esse processo.
3. Pinocitose. Absorção pelo plasmalema de moléculas líquidas que estão próximas a ele. Isso é feito por flagelos especiais localizados na superfície do plasmalema, devido aos quais o líquido que entra na superfície assume a forma de uma gota e pode ser capturado.

Devido à presença de canais iônicos, várias substâncias necessárias à vida entram pelo citolema. A importância desses canais dificilmente pode ser superestimada, sua importância é indicada, pelo menos, pelo fato de que, se os canais perderem o tom e deixarem de desempenhar suas funções corretamente, a célula começará a falta de oxigênio, devido à qual, depois de um tempo, pode degenerar em uma célula cancerosa.

Em uma célula vegetal, não apenas o citolema, mas também a parede celular é responsável pelos processos de nutrição, por isso é tão importante que a combinação dessas organelas esteja no estado adequado, a vida depende diretamente disso.

Você acha que todas as funções da membrana celular foram indicadas no material? Talvez entre vocês haja os mais atentos, que conhecem mais uma função insignificante? Compartilhe suas observações sobre