Medzi Hlavné funkcie bunkovej membrány možno rozlíšiť ako bariérové, transportné, enzymatické a receptorové. Bunková (biologická) membrána (alias plazmalema, plazma alebo cytoplazmatická membrána) chráni obsah bunky alebo jej organel pred okolím, zabezpečuje selektívnu priepustnosť pre látky, nachádzajú sa na nej enzýmy, ale aj molekuly, ktoré dokážu „zachytiť“ rôzne chemické a fyzikálne signály.

Túto funkciu zabezpečuje špeciálna štruktúra bunkovej membrány.

Pri evolúcii života na Zemi sa bunka vo všeobecnosti mohla vytvoriť až po objavení sa membrány, ktorá oddelila a stabilizovala vnútorný obsah a zabránila jeho rozpadu.

Z hľadiska udržiavania homeostázy (samoregulácia relatívnej stálosti vnútorného prostredia) bariérová funkcia bunkovej membrány úzko súvisí s transportom.

Malé molekuly sú schopné prejsť cez plazmalemu bez akýchkoľvek "pomocníkov" po koncentračnom gradiente, teda z oblasti s vysokou koncentráciou danej látky do oblasti s nízkou koncentráciou. To je prípad napríklad plynov, ktoré sa podieľajú na dýchaní. Kyslík a oxid uhličitý difundujú cez bunkovú membránu v smere, kde je ich koncentrácia momentálne nižšia.

Keďže membrána je väčšinou hydrofóbna (vďaka dvojitej lipidovej vrstve), polárne (hydrofilné) molekuly, dokonca ani malé, cez ňu často nedokážu preniknúť. Preto množstvo membránových proteínov pôsobí ako nosiče takýchto molekúl, viažu sa na ne a transportujú ich cez plazmalemu.

Integrálne (membránou prenikajúce) proteíny často fungujú na princípe otvárania a zatvárania kanálov. Keď sa molekula priblíži k takému proteínu, spojí sa s ním a kanál sa otvorí. Táto alebo iná látka prechádza proteínovým kanálom, potom sa zmení jej konformácia a kanál sa pre túto látku uzavrie, ale môže sa otvoriť pre prechod inej látky. Na tomto princípe funguje sodno-draslíková pumpa, ktorá pumpuje draselné ióny do bunky a odčerpáva z nej sodíkové ióny.

Enzymatická funkcia bunkovej membrány vo väčšej miere realizované na membránach bunkových organel. Väčšina proteínov syntetizovaných v bunke vykonáva enzymatickú funkciu. Sedia na membráne v určitom poradí a organizujú dopravník, keď reakčný produkt katalyzovaný jedným enzýmovým proteínom prechádza na ďalší. Takáto „potrubia“ stabilizuje povrchové proteíny plazmalemy.

Napriek univerzálnosti štruktúry všetkých biologických membrán (sú postavené podľa jediného princípu, sú takmer rovnaké vo všetkých organizmoch a v rôznych membránových bunkových štruktúrach) sa ich chemické zloženie môže stále líšiť. Je viac tekutých a pevnejších, niektoré majú viac istých bielkovín, iné menej. Okrem toho sa líšia aj rôzne strany (vnútorné a vonkajšie) tej istej membrány.

Membrána, ktorá zvonku obklopuje bunku (cytoplazmatická), má veľa sacharidových reťazcov pripojených k lipidom alebo proteínom (v dôsledku toho sa tvoria glykolipidy a glykoproteíny). Mnohé z týchto sacharidov funkcia receptora, sú citlivé na určité hormóny, zachytávajúce zmeny fyzikálnych a chemických ukazovateľov v životnom prostredí.

Ak sa napríklad hormón naviaže na svoj bunkový receptor, potom sacharidová časť molekuly receptora zmení svoju štruktúru a následne sa zmení štruktúra pridruženej proteínovej časti prenikajúcej cez membránu. V ďalšom štádiu sa v bunke spúšťajú alebo pozastavujú rôzne biochemické reakcie, t. j. mení sa jej metabolizmus a začína sa bunková odpoveď na „dráždidlo“.

Okrem uvedených štyroch funkcií bunkovej membrány sa rozlišujú ďalšie: matrica, energia, značenie, vytváranie medzibunkových kontaktov atď. Možno ich však považovať za „podfunkcie“ už uvažovaných.

Základnou stavebnou jednotkou živého organizmu je bunka, ktorá je diferencovaným úsekom cytoplazmy obklopeným bunkovou membránou. Vzhľadom na to, že bunka plní mnoho dôležitých funkcií, ako je rozmnožovanie, výživa, pohyb, obal musí byť plastický a hustý.

História objavu a výskumu bunkovej membrány

V roku 1925 Grendel a Gorder uskutočnili úspešný experiment na identifikáciu „tieňov“ erytrocytov, čiže prázdnych schránok. Napriek niekoľkým hrubým chybám vedci objavili lipidovú dvojvrstvu. V ich práci pokračovali Danielli, Dawson v roku 1935, Robertson v roku 1960. V dôsledku dlhoročnej práce a nahromadenia argumentov v roku 1972 vytvorili Singer a Nicholson model fluidnej mozaiky štruktúry membrány. Ďalšie experimenty a štúdie potvrdili prácu vedcov.

Význam

Čo je bunková membrána? Toto slovo sa začalo používať pred viac ako sto rokmi, v preklade z latinčiny znamená „film“, „koža“. Označte teda hranicu bunky, ktorá je prirodzenou bariérou medzi vnútorným obsahom a vonkajším prostredím. Štruktúra bunkovej membrány naznačuje polopriepustnosť, vďaka ktorej môže cez ňu voľne prechádzať vlhkosť, živiny a produkty rozkladu. Túto škrupinu možno nazvať hlavnou štrukturálnou zložkou organizácie bunky.

Zvážte hlavné funkcie bunkovej membrány

1. Oddeľuje vnútorný obsah bunky a zložky vonkajšieho prostredia.

2. Pomáha udržiavať stále chemické zloženie bunky.

3. Reguluje správny metabolizmus.

4. Poskytuje prepojenie medzi bunkami.

5. Rozpoznáva signály.

6. Ochranná funkcia.

"Plazmová škrupina"

Vonkajšia bunková membrána, nazývaná aj plazmatická membrána, je ultramikroskopický film s hrúbkou päť až sedem nanometrov. Pozostáva hlavne z proteínových zlúčenín, fosfolidov, vody. Fólia je elastická, ľahko absorbuje vodu a tiež rýchlo obnovuje svoju celistvosť po poškodení.

Líši sa univerzálnou štruktúrou. Táto membrána zaujíma hraničnú polohu, zúčastňuje sa procesu selektívnej permeability, vylučovania produktov rozpadu, syntetizuje ich. Vzťah k "susedom" a spoľahlivá ochrana vnútorného obsahu pred poškodením z neho robí dôležitú zložku v takej záležitosti, ako je štruktúra bunky. Bunková membrána živočíšnych organizmov je niekedy pokrytá najtenšou vrstvou - glykokalyxom, ktorý zahŕňa proteíny a polysacharidy. Rastlinné bunky mimo membrány sú chránené bunkovou stenou, ktorá pôsobí ako opora a udržuje tvar. Hlavnou zložkou jeho zloženia je vláknina (celulóza) – polysacharid, ktorý je nerozpustný vo vode.

Vonkajšia bunková membrána teda plní funkciu opravy, ochrany a interakcie s inými bunkami.

Štruktúra bunkovej membrány

Hrúbka tohto pohyblivého obalu sa pohybuje od šiestich do desiatich nanometrov. Bunková membrána bunky má špeciálne zloženie, ktorého základom je lipidová dvojvrstva. Hydrofóbne chvosty, ktoré sú inertné voči vode, sú umiestnené vo vnútri, zatiaľ čo hydrofilné hlavy, ktoré interagujú s vodou, sú otočené smerom von. Každý lipid je fosfolipid, ktorý je výsledkom interakcie látok, ako je glycerol a sfingozín. Lipidový skelet je tesne obklopený proteínmi, ktoré sú umiestnené v nesúvislej vrstve. Niektoré z nich sú ponorené do lipidovej vrstvy, ostatné ňou prechádzajú. V dôsledku toho sa vytvárajú vodopriepustné oblasti. Funkcie vykonávané týmito proteínmi sú rôzne. Časť z nich sú enzýmy, zvyšok transportné proteíny, ktoré prenášajú rôzne látky z vonkajšieho prostredia do cytoplazmy a naopak.

Bunková membrána je preniknutá a úzko spojená s integrálnymi proteínmi, zatiaľ čo spojenie s periférnymi je menej silné. Tieto proteíny plnia dôležitú funkciu, ktorou je udržiavanie štruktúry membrány, prijímanie a konverzia signálov z prostredia, transport látok a katalyzovanie reakcií, ktoré na membránach prebiehajú.

Zlúčenina

Základom bunkovej membrány je bimolekulárna vrstva. Bunka má vďaka svojej kontinuite bariérové ​​a mechanické vlastnosti. V rôznych fázach života môže byť táto dvojvrstva narušená. V dôsledku toho sa vytvárajú štrukturálne defekty priechodných hydrofilných pórov. V tomto prípade sa môžu zmeniť absolútne všetky funkcie takejto zložky, ako je bunková membrána. V tomto prípade môže jadro trpieť vonkajšími vplyvmi.

Vlastnosti

Bunková membrána bunky má zaujímavé vlastnosti. Vďaka svojej tekutosti táto škrupina nie je tuhou štruktúrou a hlavná časť proteínov a lipidov, ktoré tvoria jej zloženie, sa voľne pohybuje po rovine membrány.

Vo všeobecnosti je bunková membrána asymetrická, takže zloženie proteínovej a lipidovej vrstvy je odlišné. Plazmatické membrány v živočíšnych bunkách majú na svojej vonkajšej strane glykoproteínovú vrstvu, ktorá plní receptorové a signálne funkcie a tiež hrá dôležitú úlohu v procese spájania buniek do tkaniva. Bunková membrána je polárna, to znamená, že náboj zvonku je kladný a zvnútra záporný. Okrem všetkého vyššie uvedeného má bunková membrána selektívny pohľad.

To znamená, že okrem vody sa do bunky dostane len určitá skupina molekúl a iónov rozpustených látok. Koncentrácia látky, akou je sodík, je vo väčšine buniek oveľa nižšia ako vo vonkajšom prostredí. Pre draselné ióny je charakteristický iný pomer: ich počet v bunke je oveľa vyšší ako v prostredí. V tomto ohľade majú sodné ióny tendenciu prenikať cez bunkovú membránu a draselné ióny majú tendenciu sa uvoľňovať von. Za týchto okolností membrána aktivuje špeciálny systém, ktorý plní „čerpaciu“ úlohu, vyrovnáva koncentráciu látok: ióny sodíka sa pumpujú na povrch bunky a draselné ióny sa pumpujú dovnútra. Táto vlastnosť je zahrnutá medzi najdôležitejšie funkcie bunkovej membrány.

Táto tendencia sodíkových a draselných iónov pohybovať sa smerom dovnútra z povrchu hrá veľkú úlohu pri transporte cukru a aminokyselín do bunky. V procese aktívneho odstraňovania sodných iónov z bunky membrána vytvára podmienky pre nové prítoky glukózy a aminokyselín dovnútra. Naopak, v procese prenosu iónov draslíka do bunky sa počet „prenášačov“ produktov rozpadu z vnútra bunky do vonkajšieho prostredia dopĺňa.

Ako je bunka vyživovaná cez bunkovú membránu?

Mnohé bunky prijímajú látky prostredníctvom procesov, ako je fagocytóza a pinocytóza. V prvom variante je ohybnou vonkajšou membránou vytvorené malé vybranie, v ktorom sa nachádza zachytená častica. Potom sa priemer priehlbiny zväčšuje, až kým obklopená častica nevstúpi do bunkovej cytoplazmy. Prostredníctvom fagocytózy sa kŕmia niektoré prvoky, ako je améba, ako aj krvinky - leukocyty a fagocyty. Podobne bunky absorbujú tekutinu, ktorá obsahuje potrebné živiny. Tento jav sa nazýva pinocytóza.

Vonkajšia membrána je tesne spojená s endoplazmatickým retikulom bunky.

V mnohých typoch základných zložiek tkaniva sa na povrchu membrány nachádzajú výbežky, záhyby a mikroklky. Rastlinné bunky na vonkajšej strane tejto škrupiny sú pokryté ďalšou, silnou a jasne viditeľnou pod mikroskopom. Vlákno, z ktorého sú vyrobené, pomáha vytvárať oporu pre rastlinné tkanivá, ako je drevo. Živočíšne bunky majú tiež množstvo vonkajších štruktúr, ktoré sedia na vrchnej časti bunkovej membrány. Majú výlučne ochranný charakter, príkladom toho je chitín obsiahnutý v kožných bunkách hmyzu.

Okrem bunkovej membrány existuje intracelulárna membrána. Jeho funkciou je rozdeliť bunku na niekoľko špecializovaných uzavretých kompartmentov – kompartmentov alebo organel, kde musí byť zachované určité prostredie.

Nie je teda možné preceňovať úlohu takej zložky základnej jednotky živého organizmu, akou je bunková membrána. Štruktúra a funkcie znamenajú výrazné rozšírenie celkovej plochy povrchu bunky, zlepšenie metabolických procesov. Táto molekulárna štruktúra pozostáva z proteínov a lipidov. Membrána oddeľuje bunku od vonkajšieho prostredia a zabezpečuje jej integritu. S jeho pomocou sa medzibunkové väzby udržiavajú na dostatočne silnej úrovni a tvoria tkanivá. V tejto súvislosti môžeme konštatovať, že jednu z najdôležitejších úloh v bunke zohráva bunková membrána. Štruktúra a funkcie, ktoré vykonáva, sú v rôznych bunkách radikálne odlišné v závislosti od ich účelu. Prostredníctvom týchto znakov sa dosahuje rôznorodá fyziologická aktivita bunkových membrán a ich úlohy v existencii buniek a tkanív.

Stručný opis:

Sazonov V.F. 1_1 Štruktúra bunkovej membrány [Elektronický zdroj] // Kineziológ, 2009-2018: [webová stránka]. Dátum aktualizácie: 06.02.2018..__.201_). _Je opísaná štruktúra a fungovanie bunkovej membrány (synonymá: plazmaléma, plazmolema, biomembrána, bunková membrána, vonkajšia bunková membrána, bunková membrána, cytoplazmatická membrána). Tieto počiatočné informácie sú potrebné pre cytológiu aj pre pochopenie procesov nervovej aktivity: nervová excitácia, inhibícia, práca synapsií a senzorických receptorov.

bunková membrána (plazma a lemma alebo plazma o lemma)

Definícia pojmu

Bunková membrána (synonymá: plazmaléma, plazmolema, cytoplazmatická membrána, biomembrána) je trojitá lipoproteínová (t. j. "tukovo-proteínová") membrána, ktorá oddeľuje bunku od okolia a uskutočňuje riadenú výmenu a komunikáciu medzi bunkou a jej okolím.

Hlavnou vecou v tejto definícii nie je to, že membrána oddeľuje bunku od prostredia, ale práve to spája bunka s prostredím. Membrána je aktívny štruktúra bunky, neustále pracuje.

Biologická membrána je ultratenký bimolekulárny film fosfolipidov obalený proteínmi a polysacharidmi. Táto bunková štruktúra je základom bariérových, mechanických a matricových vlastností živého organizmu (Antonov VF, 1996).

Obrazové znázornenie membrány

Bunková membrána sa mi javí ako mriežkový plot s mnohými dverami, ktorý obklopuje určité územie. Akékoľvek malé živé tvory sa môžu voľne pohybovať tam a späť cez tento plot. No väčší návštevníci môžu vojsť len dverami a aj to nie všetci. Rôzni návštevníci majú kľúče iba od svojich dverí a nemôžu prejsť dverami iných ľudí. Takže cez tento plot neustále prúdia návštevy tam a späť, pretože hlavná funkcia membránového plotu je dvojaká: oddeliť územie od okolitého priestoru a zároveň ho spojiť s okolitým priestorom. Na to je v plote veľa dier a dverí - !

Vlastnosti membrány

1. Priepustnosť.

2. Polopriepustnosť (čiastočná priepustnosť).

3. Selektívna (synonymum: selektívna) priepustnosť.

4. Aktívna permeabilita (synonymum: aktívny transport).

5. Riadená priepustnosť.

Ako vidíte, hlavnou vlastnosťou membrány je jej priepustnosť vzhľadom na rôzne látky.

6. Fagocytóza a pinocytóza.

7. Exocytóza.

8. Prítomnosť elektrických a chemických potenciálov, presnejšie, rozdiel potenciálov medzi vnútornou a vonkajšou stranou membrány. Obrazne sa to dá povedať „Membrána premení článok na „elektrickú batériu“ riadením tokov iónov“. Podrobnosti: .

9. Zmeny elektrického a chemického potenciálu.

10. Podráždenosť. Špeciálne molekulárne receptory umiestnené na membráne sa môžu spojiť so signálnymi (riadiacimi) látkami, v dôsledku čoho sa môže zmeniť stav membrány a celej bunky. Molekulové receptory spúšťajú biochemické reakcie ako odpoveď na kombináciu ligandov (kontrolných látok) s nimi. Je dôležité si uvedomiť, že signalizačná látka pôsobí na receptor zvonku, pričom zmeny pokračujú vo vnútri bunky. Ukazuje sa, že membrána prenášala informácie z okolia do vnútorného prostredia bunky.

11. Katalytická enzymatická aktivita. Enzýmy môžu byť vložené do membrány alebo spojené s jej povrchom (vo vnútri aj mimo bunky) a tam vykonávajú svoju enzymatickú aktivitu.

12. Zmena tvaru povrchu a jeho plochy. To umožňuje membráne vytvárať výrastky smerom von alebo, naopak, invaginácie do bunky.

13. Schopnosť vytvárať kontakty s inými bunkovými membránami.

14. Priľnavosť – schopnosť priľnúť k pevným povrchom.

Stručný zoznam vlastností membrány

• Priepustnosť.
• Endocytóza, exocytóza, transcytóza.
• Potenciály.
• Podráždenosť.
• enzymatickú aktivitu.
• Kontakty.
• Priľnavosť.

Membránové funkcie

1. Neúplná izolácia vnútorného obsahu od vonkajšieho prostredia.

2. Hlavná vec v práci bunkovej membrány je výmena rôzne látok medzi bunkou a extracelulárnym prostredím. Je to spôsobené takou vlastnosťou membrány, akou je priepustnosť. Okrem toho membrána reguluje túto výmenu reguláciou jej priepustnosti.

3. Ďalšou dôležitou funkciou membrány je vytvára rozdiel v chemických a elektrických potenciáloch medzi jeho vnútornou a vonkajšou stranou. Vďaka tomu má bunka vo vnútri záporný elektrický potenciál -.

4. Prostredníctvom membrány sa tiež vykonáva výmena informácií medzi bunkou a jej prostredím. Špeciálne molekulárne receptory umiestnené na membráne sa môžu viazať na riadiace látky (hormóny, mediátory, modulátory) a spúšťať biochemické reakcie v bunke, vedúce k rôznym zmenám v bunke alebo v jej štruktúrach.

Video:Štruktúra bunkovej membrány

Video prednáška:Podrobnosti o štruktúre membrány a transporte

Membránová štruktúra

Bunková membrána má univerzálny trojvrstvový štruktúru. Jeho stredná tuková vrstva je súvislá a horná a spodná proteínová vrstva ju pokrýva vo forme mozaiky oddelených proteínových oblastí. Tuková vrstva je základom, ktorý zabezpečuje izoláciu bunky od okolia, izoluje ju od okolia. Sám o sebe veľmi zle prechádza s látkami rozpustnými vo vode, ale ľahko s tými, ktoré sú rozpustné v tukoch. Preto musí byť priepustnosť membrány pre látky rozpustné vo vode (napríklad ióny) vybavená špeciálnymi proteínovými štruktúrami - a.

Nižšie sú mikrofotografie skutočných bunkových membrán kontaktujúcich buniek, získané pomocou elektrónového mikroskopu, ako aj schematický nákres zobrazujúci trojvrstvovú membránu a mozaikový charakter jej proteínových vrstiev. Ak chcete obrázok zväčšiť, kliknite naň.

Samostatný obraz vnútornej lipidovej (tukovej) vrstvy bunkovej membrány, preniknutej integrálnymi zabudovanými proteínmi. Horná a dolná proteínová vrstva sa odstránia, aby neinterferovali s úvahou o lipidovej dvojvrstve

Obrázok vyššie: Neúplné schematické znázornenie bunkovej membrány (bunkovej steny) z Wikipédie.

Všimnite si, že tu boli z membrány odstránené vonkajšie a vnútorné proteínové vrstvy, aby sme lepšie videli centrálnu tukovú dvojitú lipidovú vrstvu. V skutočnej bunkovej membráne veľké proteínové „ostrovy“ plávajú nad a pod tukovým filmom (malé guľôčky na obrázku) a membrána sa ukáže ako hrubšia, trojvrstvová: proteín-tuk-proteín . Je to teda vlastne taký chlebíček z dvoch proteínových „plátkov chleba“ s hrubou vrstvou „masla“ v strede, tzn. má trojvrstvovú štruktúru, nie dvojvrstvovú.

Na tomto obrázku malé modré a biele guľôčky zodpovedajú hydrofilným (zmáčateľným) "hlavám" lipidov a "reťazce" k nim pripojené zodpovedajú hydrofóbnym (nezmáčateľným) "chvostom". Z proteínov sú zobrazené iba integrálne membránové proteíny typu end-to-end (červené globule a žlté helixy). Žlté oválne bodky vo vnútri membrány sú molekuly cholesterolu Žltozelené reťazce guľôčok na vonkajšej strane membrány sú oligosacharidové reťazce, ktoré tvoria glykokalyx. Glykokalyx je ako sacharidová ("cukrová") "chumáča" na membráne, ktorú tvoria dlhé sacharidovo-proteínové molekuly, ktoré z nej vyčnievajú.

Living je malé „proteínovo-tukové vrecko“ naplnené polotekutým rôsolovitým obsahom, do ktorého prenikajú fólie a hadičky.

Steny tohto vaku sú tvorené dvojitým tukovým (lipidovým) filmom, pokrytým zvnútra aj zvonka bielkovinami – bunkovou membránou. Preto sa hovorí, že membrána má trojvrstvová štruktúra : bielkoviny-tuky-bielkoviny. Vo vnútri bunky je tiež veľa podobných tukových membrán, ktoré rozdeľujú jej vnútorný priestor na kompartmenty. Bunkové organely sú obklopené rovnakými membránami: jadro, mitochondrie, chloroplasty. Membrána je teda univerzálna molekulárna štruktúra vlastná všetkým bunkám a všetkým živým organizmom.

Vľavo - už nie skutočný, ale umelý model kúska biologickej membrány: ide o okamžitý záber tukovej fosfolipidovej dvojvrstvy (t.j. dvojitej vrstvy) v procese jej modelovania molekulárnej dynamiky. Je zobrazená výpočtová bunka modelu - 96 molekúl PQ ( f osfatidil X olín) a 2304 molekúl vody, spolu 20544 atómov.

Vpravo je vizuálny model jednej molekuly rovnakého lipidu, z ktorej je zostavená membránová lipidová dvojvrstva. V hornej časti má hydrofilnú (vodomilnú) hlavu a v spodnej časti dva hydrofóbne (vodu sa obávajúce) chvosty. Tento lipid má jednoduchý názov: 1-steroyl-2-dokosahexaenoyl-Sn-glycero-3-fosfatidylcholín (18:0/22:6(n-3)cis PC), ale nemusíte si ho zapamätať, pokiaľ naplánujte, aby váš učiteľ omdlil hĺbkou vašich vedomostí.

Môžete poskytnúť presnejšiu vedeckú definíciu bunky:

je usporiadaný, štruktúrovaný heterogénny systém biopolymérov ohraničený aktívnou membránou, zúčastňujúci sa na jedinom súbore metabolických, energetických a informačných procesov, a tiež udržiavajúcich a reprodukujúcich celý systém ako celok.

Vnútri bunky tiež prenikajú membrány a medzi membránami nie je voda, ale viskózny gél/sol s premenlivou hustotou. Preto interagujúce molekuly v bunke neplávajú voľne ako v skúmavke s vodným roztokom, ale väčšinou sedia (imobilizujú) na polymérnych štruktúrach cytoskeletu alebo intracelulárnych membrán. A preto vo vnútri bunky prebiehajú chemické reakcie takmer ako v pevnom tele, a nie v kvapaline. Vonkajšia membrána, ktorá obklopuje bunku, je tiež pokrytá enzýmami a molekulárnymi receptormi, čo z nej robí veľmi aktívnu súčasť bunky.

Bunková membrána (plazmalema, plazmolema) je aktívny obal, ktorý oddeľuje bunku od okolia a spája ju s okolím. © Sazonov V.F., 2016.

Z tejto definície membrány vyplýva, že neobmedzuje jednoducho bunku, ale aktívne pracujúci spájať ho so svojím prostredím.

Tuk, ktorý tvorí membrány, je špeciálny, takže jeho molekuly sa zvyčajne nazývajú nielen tuk, ale lipidy, fosfolipidy, sfingolipidy. Membránová fólia je dvojitá, t.j. pozostáva z dvoch fólií zlepených k sebe. Preto učebnice píšu, že základ bunkovej membrány tvoria dve lipidové vrstvy (alebo „ dvojvrstvový", t.j. dvojitá vrstva). Pre každú jednotlivú lipidovú vrstvu môže byť jedna strana zmáčaná vodou a druhá nie. Tieto filmy sa teda navzájom zlepia presne svojimi nezmáčavými stranami.

bakteriálna membrána

Obal prokaryotickej bunky gramnegatívnych baktérií pozostáva z niekoľkých vrstiev, ako je znázornené na obrázku nižšie.
Vrstvy škrupiny gramnegatívnych baktérií:
1. Vnútorná trojvrstvová cytoplazmatická membrána, ktorá je v kontakte s cytoplazmou.
2. Bunková stena, ktorá pozostáva z mureínu.
3. Vonkajšia trojvrstvová cytoplazmatická membrána, ktorá má rovnaký systém lipidov s proteínovými komplexmi ako vnútorná membrána.
Komunikácia buniek gramnegatívnych baktérií s vonkajším svetom prostredníctvom takejto komplexnej trojstupňovej štruktúry im nedáva výhodu v prežívaní v drsných podmienkach v porovnaní s grampozitívnymi baktériami, ktoré majú menej silný obal. Rovnako zle znášajú vysoké teploty, vysokú kyslosť a pokles tlaku.

Video prednáška:Plazmatická membrána. E.V. Cheval, Ph.D.

Video prednáška:Membrána ako bunková hranica. A. Ilyaskin

Význam membránových iónových kanálov

Je ľahké pochopiť, že cez membránový tukový film sa do bunky môžu dostať iba látky rozpustné v tukoch. Sú to tuky, alkoholy, plyny. Napríklad v erytrocytoch kyslík a oxid uhličitý ľahko prechádzajú dovnútra a von priamo cez membránu. Ale voda a vo vode rozpustné látky (napríklad ióny) jednoducho nemôžu prejsť cez membránu do žiadnej bunky. To znamená, že potrebujú špeciálne otvory. Ale ak len urobíte dieru v tukovom filme, okamžite sa utiahne. Čo robiť? V prírode sa našlo riešenie: je potrebné vyrobiť špeciálne štruktúry na transport proteínov a pretiahnuť ich cez membránu. Takto sa získajú kanály na prechod látok nerozpustných v tukoch - iónové kanály bunkovej membrány.

Aby bunka dodala svojej membráne ďalšie vlastnosti priepustnosti pre polárne molekuly (ióny a vodu), syntetizuje v cytoplazme špeciálne proteíny, ktoré sa potom integrujú do membrány. Sú dvoch typov: transportné proteíny (napríklad transportné ATPázy) a proteíny tvoriace kanály (tvorcovia kanálov). Tieto proteíny sú uložené v dvojitej tukovej vrstve membrány a tvoria transportné štruktúry vo forme transportérov alebo vo forme iónových kanálov. Cez tieto transportné štruktúry môžu teraz prechádzať rôzne vo vode rozpustné látky, ktoré inak cez film tukovej membrány prechádzať nemôžu.

Vo všeobecnosti sa proteíny uložené v membráne nazývajú aj tzv integrálne, práve preto, že sú akoby zahrnuté v zložení membrány a prenikajú do nej skrz naskrz. Iné proteíny, nie integrálne, tvoria akoby ostrovčeky, ktoré „plávajú“ na povrchu membrány: buď pozdĺž jej vonkajšieho povrchu, alebo pozdĺž jej vnútorného. Každý predsa vie, že tuk je dobrý lubrikant a ľahko sa po ňom kĺže!

zistenia

1. Vo všeobecnosti je membrána trojvrstvová:

1) vonkajšia vrstva proteínových „ostrovov“,

2) tukové dvojvrstvové „more“ (lipidová dvojvrstva), t.j. dvojitý lipidový film

3) vnútorná vrstva proteínových "ostrovov".

Existuje však aj voľná vonkajšia vrstva - glykokalyx, ktorá je tvorená glykoproteínmi, ktoré trčia z membrány. Sú to molekulárne receptory, na ktoré sa viažu ovládacie prvky signalizácie.

2. V membráne sú zabudované špeciálne proteínové štruktúry, ktoré zabezpečujú jej priepustnosť pre ióny alebo iné látky. Nesmieme zabúdať, že na niektorých miestach je more tuku preniknuté integrálnymi bielkovinami. A práve integrálne bielkoviny tvoria špeciálne dopravných stavieb bunkovej membrány (pozri časť 1_2 Mechanizmy membránového transportu). Prostredníctvom nich látky vstupujú do bunky a sú tiež odvádzané z bunky von.

3. Enzýmové proteíny sa môžu nachádzať na ktorejkoľvek strane membrány (vonkajšia a vnútorná), ako aj vo vnútri membrány, čo ovplyvňuje ako stav samotnej membrány, tak aj životnosť celej bunky.

Bunková membrána je teda aktívna variabilná štruktúra, ktorá aktívne pracuje v záujme celej bunky a spája ju s vonkajším svetom a nie je len „ochranným obalom“. Toto je najdôležitejšia vec, ktorú treba vedieť o bunkovej membráne.

V medicíne sa membránové proteíny často používajú ako „ciele“ liekov. Ako také ciele pôsobia receptory, iónové kanály, enzýmy, transportné systémy. V poslednom čase sa terčom liekov stávajú okrem membrány aj gény ukryté v bunkovom jadre.

Video:Úvod do biofyziky bunkovej membrány: Štruktúra membrány 1 (Vladimirov Yu.A.)

Video:História, štruktúra a funkcie bunkovej membrány: Štruktúra membrán 2 (Vladimirov Yu.A.)

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

biologické membrány.
Termín "membrána" (lat. membrana - koža, film) sa začal používať pred viac ako 100 rokmi na označenie bunkovej hranice, ktorá na jednej strane slúži ako bariéra medzi obsahom bunky a vonkajším prostredím. a na druhej strane ako polopriepustná priečka, cez ktorú môže prechádzať voda a niektoré látky. Funkcie membrány však nie sú vyčerpané, keďže biologické membrány tvoria základ štrukturálnej organizácie bunky.
Štruktúra membrány. Podľa tohto modelu je hlavnou membránou lipidová dvojvrstva, v ktorej sú hydrofóbne chvosty molekúl otočené dovnútra a hydrofilné hlavy sú otočené smerom von. Lipidy sú zastúpené fosfolipidmi – derivátmi glycerolu alebo sfingozínu. Proteíny sú pripojené k lipidovej vrstve. Integrálne (transmembránové) proteíny prenikajú cez membránu a sú s ňou pevne spojené; periférne neprenikajú a sú spojené s membránou menej pevne. Funkcie membránových proteínov: udržiavanie štruktúry membrán, príjem a premena signálov z prostredia. prostredie, transport určitých látok, katalýza reakcií prebiehajúcich na membránach. hrúbka membrány je od 6 do 10 nm.

Vlastnosti membrány:
1. Tekutosť. Membrána nie je tuhá štruktúra, väčšina jej proteínov a lipidov sa môže pohybovať v rovine membrán.
2. Asymetria. Zloženie vonkajšej a vnútornej vrstvy bielkovín aj lipidov je odlišné. Plazmatické membrány živočíšnych buniek majú navyše na vonkajšej strane vrstvu glykoproteínov (glykokalyx, ktorá vykonáva signálne a receptorové funkcie a je tiež dôležitá pre spojenie buniek do tkanív)
3. Polarita. Vonkajšia strana membrány nesie kladný náboj, zatiaľ čo vnútorná strana nesie záporný náboj.
4. Selektívna priepustnosť. Membránami živých buniek prechádzajú okrem vody len určité molekuly a ióny rozpustených látok. (Používanie termínu „semipermeabilita“ vo vzťahu k bunkovým membránam nie je úplne správne, keďže z tohto konceptu vyplýva, že membránou prepúšťa iba rozpúšťadlo. molekuly, pričom si zachovajú všetky molekuly a ióny rozpustených látok.)

Vonkajšia bunková membrána (plazmalema) je ultramikroskopický film s hrúbkou 7,5 nm, ktorý pozostáva z proteínov, fosfolipidov a vody. Elastický film, dobre zmáčaný vodou a rýchlo obnovujúci celistvosť po poškodení. Má univerzálnu štruktúru, typickú pre všetky biologické membrány. Hraničná poloha tejto membrány, jej účasť na procesoch selektívnej permeability, pinocytózy, fagocytózy, vylučovania exkrečných produktov a syntézy, v spojení so susednými bunkami a ochrana bunky pred poškodením, robí jej úlohu mimoriadne dôležitou. Živočíšne bunky mimo membrány sú niekedy pokryté tenkou vrstvou pozostávajúcou z polysacharidov a bielkovín - glykokalyx. Rastlinné bunky mimo bunkovej membrány majú pevnú bunkovú stenu, ktorá vytvára vonkajšiu oporu a udržuje tvar bunky. Pozostáva z vlákniny (celulózy), vo vode nerozpustného polysacharidu.

biologické membrány- všeobecný názov funkčne aktívnych povrchových štruktúr, ktoré obmedzujú bunky (bunkové alebo plazmatické membrány) a vnútrobunkové organely (membrány mitochondrií, jadier, lyzozómov, endoplazmatického retikula a pod.). Obsahujú lipidy, bielkoviny, heterogénne molekuly (glykoproteíny, glykolipidy) a v závislosti od vykonávanej funkcie aj početné vedľajšie zložky: koenzýmy, nukleové kyseliny, antioxidanty, karotenoidy, anorganické ióny atď.

Koordinované fungovanie membránových systémov – receptorov, enzýmov, transportných mechanizmov – pomáha udržiavať homeostázu buniek a zároveň rýchlo reagovať na zmeny vonkajšieho prostredia.

Komu hlavné funkcie biologických membrán možno pripísať:

oddelenie bunky od prostredia a vytvorenie intracelulárnych kompartmentov (kompartmentov);

kontrola a regulácia transportu obrovského množstva látok cez membrány;

účasť na poskytovaní medzibunkových interakcií, prenos signálov vo vnútri bunky;

premena energie potravinových organických látok na energiu chemických väzieb molekúl ATP.

Molekulárna organizácia plazmatickej (bunkovej) membrány vo všetkých bunkách je približne rovnaká: pozostáva z dvoch vrstiev lipidových molekúl s mnohými špecifickými proteínmi. Niektoré membránové proteíny majú enzymatickú aktivitu, iné viažu živiny z prostredia a zabezpečujú ich transport do bunky cez membrány. Membránové proteíny sa vyznačujú povahou ich spojenia s membránovými štruktúrami. Niektoré bielkoviny, tzv externé alebo periférne , voľne viazané na povrch membrány, iné, tzv interné alebo integrované , sú ponorené vo vnútri membrány. Periférne proteíny sa dajú ľahko extrahovať, zatiaľ čo integrálne proteíny možno izolovať iba pomocou detergentov alebo organických rozpúšťadiel. Na obr. 4 znázorňuje štruktúru plazmatickej membrány.

Vonkajšie, čiže plazmové membrány mnohých buniek, ako aj membrány vnútrobunkových organel, ako sú mitochondrie, chloroplasty, boli izolované vo voľnej forme a bolo študované ich molekulárne zloženie. Všetky membrány obsahujú polárne lipidy v množstve od 20 do 80 % svojej hmoty, v závislosti od typu membrán, zvyšok tvoria najmä bielkoviny. Takže v plazmatických membránach živočíšnych buniek je množstvo proteínov a lipidov spravidla približne rovnaké; vnútorná mitochondriálna membrána obsahuje asi 80 % bielkovín a len 20 % lipidov, zatiaľ čo myelínové membrány mozgových buniek, naopak, obsahujú asi 80 % lipidov a iba 20 % bielkovín.

Ryža. 4. Štruktúra plazmatickej membrány

Lipidová časť membrán je zmesou rôznych druhov polárnych lipidov. Polárne lipidy, medzi ktoré patria fosfoglycerolipidy, sfingolipidy, glykolipidy, sa neukladajú v tukových bunkách, ale sú zabudované do bunkových membrán, a to v presne definovaných pomeroch.

Všetky polárne lipidy v membránach sa počas metabolizmu neustále obnovujú, za normálnych podmienok vzniká v bunke dynamický stacionárny stav, v ktorom sa rýchlosť syntézy lipidov rovná rýchlosti ich rozpadu.

Membrány živočíšnych buniek obsahujú najmä fosfoglycerolipidy a v menšej miere sfingolipidy; triacylglyceroly sa nachádzajú len v stopových množstvách. Niektoré membrány živočíšnych buniek, najmä vonkajšia plazmatická membrána, obsahujú značné množstvo cholesterolu a jeho esterov (obr. 5).

Obr.5. Membránové lipidy

V súčasnosti je všeobecne akceptovaným modelom štruktúry membrán model tekutej mozaiky navrhnutý v roku 1972 S. Singerom a J. Nicholsonom.

Proteíny sa podľa nej dajú prirovnať k ľadovcom plávajúcim v lipidovom mori. Ako bolo uvedené vyššie, existujú 2 typy membránových proteínov: integrálne a periférne. Integrálne proteíny prenikajú cez membránu, sú amfipatické molekuly. Periférne proteíny neprenikajú cez membránu a sú s ňou menej spojené. Hlavnou súvislou časťou membrány, teda jej matricou, je polárna lipidová dvojvrstva. Pri normálnej teplote buniek je matrica v tekutom stave, čo je zabezpečené určitým pomerom medzi nasýtenými a nenasýtenými mastnými kyselinami v hydrofóbnych chvostoch polárnych lipidov.

Model tekutej mozaiky tiež naznačuje, že na povrchu integrálnych proteínov umiestnených v membráne sú R-skupiny aminokyselinových zvyškov (hlavne hydrofóbne skupiny, vďaka ktorým sa proteíny akoby „rozpúšťajú“ v centrálnej hydrofóbnej časti dvojvrstvy) . Zároveň sa na povrchu periférnych, prípadne externých proteínov nachádzajú najmä hydrofilné R-skupiny, ktoré sú elektrostatickými silami priťahované k hydrofilným nabitým polárnym hlavám lipidov. Integrálne proteíny, medzi ktoré patria aj enzýmy a transportné proteíny, sú aktívne len vtedy, ak sa nachádzajú vo vnútri hydrofóbnej časti dvojvrstvy, kde nadobúdajú priestorovú konfiguráciu potrebnú na prejavenie aktivity (obr. 6). Je potrebné ešte raz zdôrazniť, že medzi molekulami v dvojvrstve ani medzi proteínmi a lipidmi dvojvrstvy nevznikajú žiadne kovalentné väzby.

Obr.6. Membránové proteíny

Membránové proteíny sa môžu voľne pohybovať v laterálnej rovine. Periférne proteíny doslova plávajú na povrchu dvojvrstvového „more“, zatiaľ čo integrálne proteíny, ako ľadovce, sú takmer úplne ponorené v uhľovodíkovej vrstve.

Väčšina membrán je asymetrická, to znamená, že majú nerovnaké strany. Táto asymetria sa prejavuje nasledovne:

Po prvé, skutočnosť, že vnútorná a vonkajšia strana plazmatických membrán bakteriálnych a živočíšnych buniek sa líšia v zložení polárnych lipidov. Napríklad vnútorná lipidová vrstva membrán ľudských erytrocytov obsahuje hlavne fosfatidyletanolamín a fosfatidylserín, zatiaľ čo vonkajšia lipidová vrstva obsahuje fosfatidylcholín a sfingomyelín.

· po druhé, niektoré transportné systémy v membránach pôsobia iba v jednom smere. Napríklad v membránach erytrocytov existuje transportný systém („pumpa“), ktorý pumpuje ióny Na + z bunky do prostredia a ióny K + - vo vnútri bunky v dôsledku energie uvoľnenej počas hydrolýzy ATP.

Po tretie, vonkajší povrch plazmatickej membrány obsahuje veľmi veľké množstvo oligosacharidových skupín, ktoré sú hlavami glykolipidov a oligosacharidových bočných reťazcov glykoproteínov, zatiaľ čo na vnútornom povrchu plazmatickej membrány prakticky nie sú žiadne oligosacharidové skupiny.

Asymetria biologických membrán je zachovaná vďaka tomu, že prenos jednotlivých molekúl fosfolipidov z jednej strany lipidovej dvojvrstvy na druhú je z energetických dôvodov veľmi náročný. Molekula polárneho lipidu sa môže voľne pohybovať na svojej strane dvojvrstvy, ale je obmedzená vo svojej schopnosti preskočiť na druhú stranu.

Mobilita lipidov závisí od relatívneho obsahu a typu prítomných nenasýtených mastných kyselín. Uhľovodíkový charakter reťazcov mastných kyselín dáva membránovým vlastnostiam tekutosť, pohyblivosť. V prítomnosti cis-nenasýtených mastných kyselín sú kohézne sily medzi reťazcami slabšie ako v prípade samotných nasýtených mastných kyselín a lipidy si zachovávajú vysokú pohyblivosť aj pri nízkych teplotách.

Na vonkajšej strane membrán sú špecifické rozpoznávacie miesta, ktorých funkciou je rozpoznávanie určitých molekulárnych signálov. Napríklad práve cez membránu niektoré baktérie vnímajú mierne zmeny v koncentrácii živiny, čo stimuluje ich pohyb smerom k zdroju potravy; tento jav sa nazýva chemotaxia.

Membrány rôznych buniek a intracelulárnych organel majú určitú špecifickosť vzhľadom na ich štruktúru, chemické zloženie a funkcie. V eukaryotických organizmoch sa rozlišujú tieto hlavné skupiny membrán:

plazmatická membrána (vonkajšia bunková membrána, plazmaléma),

jadrovej membrány

Endoplazmatické retikulum

membrány Golgiho aparátu, mitochondrie, chloroplasty, myelínové pošvy,

excitabilné membrány.

V prokaryotických organizmoch sa okrem plazmatickej membrány nachádzajú intracytoplazmatické membránové útvary, u heterotrofných prokaryotov sú to tzv. mezozómy. Tie sa tvoria invagináciou do vonkajšej bunkovej membrány a v niektorých prípadoch s ňou zostávajú v kontakte.

membrána erytrocytov pozostáva z bielkovín (50 %), lipidov (40 %) a sacharidov (10 %). Hlavná časť uhľohydrátov (93%) je spojená s bielkovinami, zvyšok - s lipidmi. V membráne sú lipidy usporiadané asymetricky na rozdiel od symetrického usporiadania v micelách. Napríklad cefalín sa nachádza prevažne vo vnútornej vrstve lipidov. Táto asymetria je zrejme zachovaná vďaka priečnemu pohybu fosfolipidov v membráne, ktorý sa uskutočňuje pomocou membránových proteínov a vďaka energii metabolizmu. Vo vnútornej vrstve membrány erytrocytov sú hlavne sfingomyelín, fosfatidyletanolamín, fosfatidylserín, vo vonkajšej vrstve - fosfatidylcholín. Membrána erytrocytov obsahuje integrálny glykoproteín glykoforín, pozostávajúci zo 131 aminokyselinových zvyškov a prenikajúcich cez membránu, a takzvaný pás 3 proteín pozostávajúci z 900 aminokyselinových zvyškov. Sacharidové zložky glykoforínu plnia funkciu receptora pre vírusy chrípky, fytohemaglutiníny a množstvo hormónov. Ďalší integrálny proteín obsahujúci málo sacharidov a prenikajúci cez membránu bol tiež nájdený v membráne erytrocytov. Volá sa tunelový proteín(zložka a), pretože sa predpokladá, že tvorí kanál pre anióny. Periférny proteín spojený s vnútornou stranou membrány erytrocytov je spektrín.

Myelínové membrány , obklopujúce axóny neurónov, sú viacvrstvové, obsahujú veľké množstvo lipidov (asi 80%, polovicu tvoria fosfolipidy). Proteíny týchto membrán sú dôležité pre fixáciu membránových solí ležiacich nad sebou.

chloroplastové membrány. Chloroplasty sú pokryté dvojvrstvovou membránou. Vonkajšia membrána má určitú podobnosť s membránou mitochondrií. Okrem tejto povrchovej membrány majú chloroplasty vnútorný membránový systém - lamely. Lamely tvoria alebo sploštené vezikuly - tylakoidy, ktoré sa nachádzajú nad sebou, zhromažďujú sa v obaloch (grana) alebo tvoria membránový systém strómy (stromálne lamely). Lamela gran a stróma na vonkajšej strane tylakoidnej membrány sú koncentrované hydrofilné skupiny, galakto- a sulfolipidy. Fytolická časť molekuly chlorofylu je ponorená do globule a je v kontakte s hydrofóbnymi skupinami proteínov a lipidov. Porfyrínové jadrá chlorofylu sú lokalizované hlavne medzi priľahlými membránami tylakoidov gran.

Vnútorná (cytoplazmatická) membrána baktériíštruktúrou podobná vnútorným membránam chloroplastov a mitochondrií. Obsahuje enzýmy dýchacieho reťazca, aktívny transport; enzýmy, ktoré sa podieľajú na tvorbe membránových komponentov. Prevažujúcou zložkou bakteriálnych membrán sú proteíny: pomer proteín/lipid (hmotnostný) je 3:1. Vonkajšia membrána gramnegatívnych baktérií v porovnaní s cytoplazmatickou obsahuje menšie množstvo rôznych fosfolipidov a proteínov. Obe membrány sa líšia zložením lipidov. Vonkajšia membrána obsahuje proteíny, ktoré tvoria póry na prenikanie mnohých látok s nízkou molekulovou hmotnosťou. Charakteristickou zložkou vonkajšej membrány je aj špecifický lipopolysacharid. Množstvo vonkajších membránových proteínov slúži ako receptory pre fágy.

Vírusová membrána. Medzi vírusmi sú membránové štruktúry charakteristické pre tie, ktoré obsahujú nukleokapsid, ktorý pozostáva z proteínu a nukleovej kyseliny. Toto „jadro“ vírusov je obklopené membránou (obálkou). Pozostáva tiež z dvojvrstvy lipidov s glykoproteínmi, ktoré sú v nej obsiahnuté, umiestnené hlavne na povrchu membrány. U mnohých vírusov (mikrovírusov) vstupuje 70-80% všetkých proteínov do membrán, zvyšné proteíny sú obsiahnuté v nukleokapside.

Bunkové membrány sú teda veľmi zložité štruktúry; ich molekulárne komplexy tvoria usporiadanú dvojrozmernú mozaiku, ktorá dodáva povrchu membrány biologickú špecifickosť.