Biologiske membraner- komplekse supramolekylære strukturer som omgir alle levende celler og danner lukkede, spesialiserte rom i dem - organeller.
Membranen som grenser til cytoplasmaet til en celle på utsiden kalles cytoplasma- eller plasmamembranen. Navnet intracellulære membraner kommer vanligvis fra navnet på de subcellulære strukturene de inneholder eller danner.
Skille:
kjernefysisk
· mitokondrie,
lysosomal membran,
membraner av Golgi-komplekset,
endoplasmatisk retikulum og andre.
Membran er en tynn struktur med en tykkelse på 7 nm.
I henhold til dens kjemiske sammensetning inneholder membranen:
· 25 % proteiner,
· 25 % fosfolipider,
· 13 % kolesterol,
· 4 % lipider,
· 3 % karbohydrater.
Strukturelt sett Membranen er basert på et dobbelt lag av fosfolipider.
Et trekk ved fosfolipidmolekyler er at de har hydrofile og hydrofobe deler. De hydrofile delene inneholder polare grupper (fosfatgrupper i fosfolipider og hydroksidgrupper i kolesteroler). Hydrofile deler rettet mot overflaten. EN hydrofobe (fete haler) er rettet mot midten av membranen.
Molekylet har to fete haler, og disse hydrokarbonkjedene kan finnes i to konfigurasjoner. Langstrakt - transkonfigurasjon(sylinder 0,48 nm). Den andre typen er gauche-trans-gauche-konfigurasjonen. I dette tilfellet divergerer de to fete halene og området øker til 0,58 nm.
Lipidmolekyler i normale forhold har en flytende krystallform. Og i denne tilstanden har de mobilitet. Dessuten kan de både bevege seg innenfor laget sitt og snu seg. Når temperaturen synker, går membranen over fra en flytende tilstand til en gelélignende tilstand, og dette reduserer mobiliteten til molekylet.
Når et lipidmolekyl beveger seg, dannes det mikrostrips, som kalles konger, som stoffer kan fanges inn i. Lipidlaget i membranen er en barriere for vannløselige stoffer, men lar lipidløselige stoffer passere gjennom..
Det lukkede lipid-dobbeltlaget bestemmer de grunnleggende egenskapene til membraner:
1) flytbarhet– avhenger av forholdet mellom mettede og umettede fettsyrer i sammensetningen av membranlipider. Hydrofobe kjeder av mettede fettsyrer er orientert parallelt med hverandre og danner en stiv krystallinsk struktur (Figur 14.8a). Umettede fettsyrer, som har en buet hydrokarbonkjede, forstyrrer pakningens kompakthet og gir membranen større likviditet (Figur 14.8, b). Kolesterol, som er innebygd mellom fettsyrer, komprimerer dem og øker stivheten til membranene.
Figur 14.8. Påvirkningen av fettsyresammensetningen til fosfolipider på fluiditeten til lipid-dobbeltlaget.
2) lateral diffusjon– fri bevegelse av molekyler i forhold til hverandre i membranens plan (Figur 14.9a).
Figur 14.9. Typer bevegelser av fosfolipidmolekyler i lipiddobbeltlaget.
3) begrenset lateral diffusjonskapasitet(overgangen av molekyler fra det ytre laget til det indre og omvendt, se figur 14.9, b), noe som bidrar til bevaringen asymmetri– strukturelle og funksjonelle forskjeller i ytre og indre lag av membranen.
4) ugjennomtrengelighet lukket dobbeltlag for de fleste vannløselige molekyler.
I tillegg til lipider inneholder membranen også proteinmolekyler. Dette er hovedsakelig glykoproteiner.
Integrerte proteiner passerer gjennom begge lag. Annen proteiner er delvis nedsenket i enten det ytre eller indre laget. De kalles perifere proteiner.
Denne membranmodellen kalles flytende krystall modell. Funksjonelt utfører proteinmolekyler strukturelle, transport- og enzymfunksjoner. I tillegg danner de ionekanaler fra 0,35 til 0,8 nm i diameter som ioner kan passere gjennom. Kanaler har sin egen spesialisering. Integrerte proteiner er involvert i aktiv transport og letter diffusjon.
Perifere proteiner på innsiden av membranen er preget av enzymatisk funksjon. På innsiden er det antigene (antistoffer) og reseptorfunksjoner.
Karbonkjeder kan feste seg til proteinmolekyler, og så dannes de glykoproteiner. Eller til lipider, da heter de glykolipider.
Hovedfunksjoner cellemembraner vil være:
1. Barrierefunksjon(uttrykt i det faktum at membranen ved hjelp av passende mekanismer deltar i dannelsen av konsentrasjonsgradienter, og forhindrer fri diffusjon. I dette tilfellet tar membranen del i mekanismene for elektrogenese. Disse inkluderer mekanismer for å skape et hvilepotensiale , generering av et aksjonspotensial, mekanismer for forplantning av bioelektriske impulser på tvers av homogene og heterogene eksitable strukturer.)
2. Stoffoverføring.
Figur 14.10.Mekanismer for transport av molekyler over membranen
Enkel diffusjon- overføring av stoffer gjennom membranen uten deltakelse av spesielle mekanismer. Transport skjer langs en konsentrasjonsgradient uten energiforbruk. Ved enkel diffusjon transporteres små biomolekyler - H 2 O, CO 2, O 2, urea, hydrofobe lavmolekylære stoffer. Hastigheten for enkel diffusjon er proporsjonal med konsentrasjonsgradienten.
Tilrettelagt diffusjon- overføring av stoffer over membranen ved hjelp av proteinkanaler eller spesielle bærerproteiner. Det utføres langs en konsentrasjonsgradient uten energiforbruk. Monosakkarider, aminosyrer, nukleotider, glyserol og noen ioner transporteres. Metningskinetikk er karakteristisk - ved en viss (mettende) konsentrasjon av det transporterte stoffet deltar alle molekyler av bæreren i overføringen og transporthastigheten når en maksimal verdi.
Aktiv transport– krever også medvirkning av spesielle transportproteiner, men transport skjer mot en konsentrasjonsgradient og krever derfor energiforbruk. Ved å bruke denne mekanismen transporteres Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ ioner gjennom cellemembranen, og protoner transporteres gjennom mitokondriemembranen. Aktiv transport av stoffer er preget av metningskinetikk.
Sammen med transporten av organiske stoffer og ioner utført av bærere, er det en helt spesiell mekanisme i cellen designet for å absorbere høymolekylære forbindelser inn i cellen og fjerne høymolekylære forbindelser fra den ved å endre formen på biomembranen. Denne mekanismen kalles vesikulær transport.
Figur 14.12.Typer vesikulær transport: 1 - endocytose; 2 - eksocytose.
Under overføringen av makromolekyler skjer sekvensiell dannelse og fusjon av membranomringede vesikler (vesikler). Avhengig av transportretningen og arten av stoffene som transporteres, skiller de seg følgende typer vesikulær transport:
Endocytose(Figur 14.12, 1) - overføring av stoffer inn i cellen. Avhengig av størrelsen på vesiklene som er dannet, skilles de ut:
EN) pinocytose - absorpsjon av flytende og oppløste makromolekyler (proteiner, polysakkarider, nukleinsyrer) ved bruk av små bobler (150 nm i diameter);
b) fagocytose - absorpsjon av store partikler som mikroorganismer eller celleavfall. I dette tilfellet dannes store vesikler, kalt fagosomer, med en diameter på mer enn 250 nm.
Pinocytose er karakteristisk for de fleste eukaryote celler, mens store partikler absorberes av spesialiserte celler - leukocytter og makrofager. I det første stadiet av endocytose adsorberes stoffer eller partikler på overflaten av membranen, denne prosessen skjer uten energiforbruk. På neste trinn blir membranen med det adsorberte stoffet dypere inn i cytoplasmaet; de resulterende lokale invaginasjonene av plasmamembranen løsnes fra celleoverflaten, og danner vesikler, som deretter migrerer inn i cellen. Denne prosessen er forbundet med et system av mikrofilamenter og er energiavhengig. Vesiklene og fagosomene som kommer inn i cellen kan smelte sammen med lysosomer. Enzymer i lysosomer bryter ned stoffer som finnes i vesikler og fagosomer til produkter med lav molekylvekt (aminosyrer, monosakkarider, nukleotider), som transporteres inn i cytosolen, hvor de kan brukes av cellen.
Eksocytose(Figur 14.12, 2) - overføring av partikler og store forbindelser fra cellen. Denne prosessen, som endocytose, skjer med absorpsjon av energi. Hovedtypene for eksocytose er:
EN) sekresjon - fjerning fra cellen av vannløselige forbindelser som brukes eller påvirker andre celler i kroppen. Kan utføres både av uspesialiserte celler og av celler i endokrine kjertler, slimhinner mage-tarmkanalen, tilpasset for utskillelse av stoffer de produserer (hormoner, nevrotransmittere, proenzymer) avhengig av kroppens spesifikke behov.
Utskilte proteiner syntetiseres på ribosomer assosiert med membranene i det grove endoplasmatiske retikulumet. Disse proteinene blir deretter transportert til Golgi-apparatet, hvor de modifiseres, konsentreres, sorteres og deretter pakkes inn i vesikler, som frigjøres i cytosolen og deretter smelter sammen med plasmamembranen slik at innholdet i vesiklene er utenfor cellen.
I motsetning til makromolekyler, blir små utskilte partikler, som protoner, transportert ut av cellen ved hjelp av mekanismene for tilrettelagt diffusjon og aktiv transport.
b) utskillelse - fjerning fra cellen av stoffer som ikke kan brukes (for eksempel under erytropoese, fjerning fra retikulocytter av mesh-stoffet, som er aggregerte rester av organeller). Utskillelsesmekanismen ser ut til å være at de utskilte partiklene i utgangspunktet fanges i en cytoplasmatisk vesikkel, som deretter smelter sammen med plasmamembranen.
3. Metabolsk funksjon(på grunn av tilstedeværelsen av enzymsystemer i dem)
4. Membraner er involvert i skapelse av elektriske potensialer i hvile, og når du er spent - handlingsstrømmer.
5. Reseptorfunksjon.
6. Immunologisk(assosiert med tilstedeværelse av antigener og produksjon av antistoffer).
7. Gi intercellulær interaksjon og kontakthemming. (Når lignende celler kommer i kontakt, hemmes celledelingen. Denne funksjonen går tapt i kreftceller. I tillegg kommer kreftceller ikke bare i kontakt med sine egne celler, men også med andre celler, og infiserer dem.)
Reseptorer, deres klassifisering: etter lokalisering (membran, kjernefysisk), etter mekanismen for utvikling av prosesser (iono- og metatotropisk), etter hastigheten på signalmottak (rask, sakte), etter typen mottakende stoffer.
Reseptorer er de endelige spesialiserte formasjonene designet for energitransformasjon forskjellige typer stimuli til spesifikk aktivitet i nervesystemet.
Klassifisering:
ved lokalisering
· membran
kjernefysisk
i henhold til mekanismen for prosessutvikling
· ionotrope (de er membrankanaler som åpner eller lukker seg ved binding til en ligand. De resulterende ionestrømmene forårsaker endringer i og, som et resultat, celleeksitabilitet, og endrer også intracellulære ionekonsentrasjoner, som sekundært kan føre til aktivering av intracellulære mediatorsystemer En av de mest studerte ionotrope reseptorene er den n-kolinerge reseptoren.)
· metabotropisk (assosiert med systemer av intracellulære mediatorer. Endringer i deres konformasjon ved binding til en ligand fører til lansering av en biokaskade kjemiske reaksjoner, og til slutt en endring i funksjonstilstanden til cellen.)
ved signalmottakshastighet
· fort
· langsom
etter type mottaksstoffer
· Kjemoreseptorer- oppfatte effekten av oppløste eller flyktige kjemikalier.
· Osmoreseptorer- oppfatte endringer i den osmotiske konsentrasjonen av væsken (vanligvis det indre miljøet).
· Mekanoreseptorer- oppfatte mekaniske stimuli (berøring, trykk, strekk, vibrasjoner av vann eller luft, etc.)
· Fotoreseptorer- oppfatter synlig og ultrafiolett lys
· Termoreseptorer- oppfatte en nedgang (kulde) eller økning (varme) i temperatur
· Baroreseptorer- oppfatte endringer i trykk
3. Ionotrope reseptorer, metabolittreseptorer og deres varianter. Systemer med sekundære budbringere for virkningen av metabotropiske reseptorer (cAMP, cGMP, inositol-3-fosfat, diacylglycerol, Ca++ ioner).
Det er to typer reseptorer på den postsynaptiske membranen - ionotropisk og metabotropisk.
Ionotropisk
Når ionotrop reseptor det sensitive molekylet inneholder ikke bare et aktivt sted for binding av mediatoren, men også en ionekanal. Påvirkningen av den "primære budbringeren" (mediatoren) på reseptoren fører til rask åpning av kanalen og utviklingen av det postsynaptiske potensialet.
Metabotropisk
Når en mediator festes og den metabotrope reseptoren eksiteres, endres intracellulær metabolisme, dvs. forløp av biokjemiske reaksjoner
MED innsiden membran er festet til en slik reseptor hele linjen andre proteiner som utfører enzymatiske og delvis overførende ("mellomliggende") funksjoner (fig.). Mediatorproteiner er klassifisert som G-proteiner. Under påvirkning av en eksitert reseptor, virker G-proteinet på enzymproteinet, og overfører det vanligvis til en "fungerende" tilstand. Som et resultat utløses en kjemisk reaksjon: forløpermolekylet blir til et signalmolekyl - en sekundær budbringer.
Ris. Skjema for strukturen og funksjonen til den metabotropiske reseptoren: 1 - formidler; 2 - reseptor; 3 - ionekanal; 4 - sekundær mellommann; 5 - enzym; 6 - G-protein; → - retning for signaloverføring
Sekundære mellomledd - dette er små molekyler eller ioner som er i stand til rask bevegelse som overfører et signal inne i cellen. Dette er hvordan de skiller seg fra "primære budbringere" - mediatorer og hormoner som overfører informasjon fra celle til celle.
Den mest kjente andre budbringeren er cAMP (syklisk adenosinmonofosforsyre), dannet av ATP av enzymet adenylatcyklase. I likhet med det er cGMP (guanosinmonofosforsyre). Andre viktige sekundære budbringere er inositoltrifosfat og diacylglycerol, dannet av komponenter i cellemembranen under påvirkning av enzymet fosfolipase C. Rollen til Ca 2+ som kommer inn i cellen fra utsiden gjennom ionekanaler eller frigjøres fra spesielle steder lagring inne i cellen ("kalsiumdepot"). Nylig har mye oppmerksomhet blitt viet til den sekundære budbringeren NO (nitrogenoksid), som er i stand til å overføre et signal ikke bare i en celle, men også mellom celler, og enkelt krysse membranen, inkludert fra en postsynaptisk nevron til en presynaptisk.
Det siste trinnet i å lede et kjemisk signal er virkningen av en andre budbringer på en kjemosensitiv ionekanal. Denne effekten oppstår enten direkte eller gjennom ytterligere mellomledd (enzymer). I alle fall åpnes ionekanalen og en EPSP eller IPSP utvikles. Varigheten og amplituden til deres første fase vil bli bestemt av mengden av den sekundære budbringeren, som avhenger av mengden av den frigjorte mediatoren og varigheten av dens interaksjon med reseptoren.
Mekanismen for nervestimulusoverføring som brukes av metabotropiske reseptorer inkluderer således flere påfølgende stadier. Ved hver av dem er regulering (svekkelse eller styrking) av signalet mulig, noe som gjør reaksjonen til den postsynaptiske cellen mer fleksibel og tilpasset gjeldende forhold. Samtidig fører dette også til en nedgang i prosessen med informasjonsoverføring
cAMP system
Fosfolipase C
I 1972 ble teorien fremmet om at en delvis permeabel membran omgir cellen og utfører en rekke vitale oppgaver, og strukturen og funksjonen til cellemembraner er viktige spørsmål angående riktig funksjon av alle celler i kroppen. ble utbredt på 1600-tallet, sammen med oppfinnelsen av mikroskopet. Det ble kjent at plante- og dyrevev består av celler, men på grunn av enhetens lave oppløsning var det umulig å se noen barrierer rundt dyrecellen. På 1900-tallet ble membranens kjemiske natur studert mer detaljert, og det ble funnet at den er basert på lipider.
Struktur og funksjoner til cellemembraner
Cellemembranen omgir cytoplasmaet til levende celler, og skiller fysisk intracellulære komponenter fra det ytre miljøet. Sopp, bakterier og planter har også cellevegger som gir beskyttelse og hindrer passasje av store molekyler. Cellemembraner spiller også en rolle i dannelsen av cytoskjelettet og bindingen av andre vitale partikler til den ekstracellulære matrisen. Dette er nødvendig for å holde dem sammen og danne vev og organer i kroppen. Funksjoner ved strukturen til cellemembranen inkluderer permeabilitet. Hovedfunksjonen er beskyttelse. Membranen består av et fosfolipidlag med innebygde proteiner. Denne delen er involvert i prosesser som celleadhesjon, ionisk konduktans og signalsystemer og fungerer som en festeoverflate for flere ekstracellulære strukturer, inkludert veggen, glykokalyx og indre cytoskjelett. Membranen opprettholder også cellepotensialet ved å fungere som et selektivt filter. Det er selektivt permeabelt for ioner og organiske molekyler og kontrollerer bevegelsen av partikler.
Biologiske mekanismer som involverer cellemembranen
1. Passiv diffusjon: Noen stoffer (små molekyler, ioner), som karbondioksid (CO2) og oksygen (O2), kan trenge gjennom plasmamembranen ved diffusjon. Skallet fungerer som en barriere for visse molekyler og ioner, de kan konsentrere seg på hver side.
2. Transmembranprotein av kanaler og transportører: næringsstoffer, som glukose eller aminosyrer, må inn i cellen, og noen metabolske produkter må forlate den.
3. Endocytose er prosessen der molekyler tas opp. Det dannes en liten deformasjon (invaginasjon) i plasmamembranen der stoffet som skal transporteres inntas. Det krever energi og er dermed en form for aktiv transport.
4. Eksocytose: forekommer i forskjellige cellerå fjerne ufordøyde rester av stoffer brakt med endocytose, å skille ut stoffer som hormoner og enzymer, og å transportere stoffet fullstendig over cellebarrieren.
Molekylær struktur
Cellemembranen er en biologisk membran som primært består av fosfolipider og skiller innholdet i hele cellen fra det ytre miljøet. Dannelsesprosessen skjer spontant under normale forhold. For å forstå denne prosessen og korrekt beskrive strukturen og funksjonene til cellemembraner, så vel som egenskaper, er det nødvendig å evaluere arten av fosfolipidstrukturer, som er preget av strukturell polarisering. Når fosfolipider i det vandige miljøet i cytoplasmaet når en kritisk konsentrasjon, kombineres de til miceller, som er mer stabile i det vandige miljøet.
Membranegenskaper
- Stabilitet. Dette betyr at når den først er dannet, er membrandesintegrasjon usannsynlig.
- Styrke. Lipidskallet er pålitelig nok til å hindre passasje av en polart substans (ioner, glukose, aminosyrer) og mye større molekyler (proteiner) kan ikke passere gjennom den dannede grensen.
- Dynamisk karakter. Dette er kanskje den viktigste egenskapen når man vurderer cellens struktur. Cellemembranen kan gjennomgå ulike deformasjoner, kan foldes og bøye seg uten å bli ødelagt. Under spesielle omstendigheter, for eksempel under vesikkelfusjon eller spirende, kan den forstyrres, men bare midlertidig. På romtemperatur dens lipidkomponenter er i konstant, kaotisk bevegelse, og danner en stabil væskegrense.
Flytende mosaikkmodell
Når vi snakker om strukturen og funksjonene til cellemembraner, er det viktig å merke seg at i det moderne konseptet ble membranen som en flytende mosaikkmodell vurdert i 1972 av forskerne Singer og Nicholson. Teorien deres gjenspeiler tre hovedtrekk ved membranstrukturen. Integraler fremmer et mosaikkmønster for membranen, og de er i stand til sideveis bevegelse i planet på grunn av lipidorganiseringens varierende natur. Transmembranproteiner er også potensielt mobile. Viktig funksjon Strukturen til membranen er dens asymmetri. Hva er strukturen til en celle? Cellemembran, kjerne, proteiner og så videre. Cellen er livets grunnleggende enhet, og alle organismer er sammensatt av en eller flere celler, som hver har en naturlig barriere som skiller den fra omgivelsene. Denne ytre grensen til cellen kalles også plasmamembranen. Den består av fire forskjellige typer molekyler: fosfolipider, kolesterol, proteiner og karbohydrater. Den flytende mosaikkmodellen beskriver strukturen til cellemembranen som følger: fleksibel og elastisk, med en konsistens som ligner på vegetabilsk olje, så alle de individuelle molekylene flyter bare i et flytende miljø, og de er alle i stand til å bevege seg sideveis innenfor dette skallet. En mosaikk er noe som inneholder mange forskjellige deler. I plasmamembranen er det representert av fosfolipider, kolesterolmolekyler, proteiner og karbohydrater.
Fosfolipider
Fosfolipider utgjør hovedstrukturen i cellemembranen. Disse molekylene har to forskjellige ender: et hode og en hale. Hodeenden inneholder en fosfatgruppe og er hydrofil. Dette betyr at det tiltrekkes av vannmolekyler. Halen består av hydrogen- og karbonatomer kalt fettsyrekjeder. Disse kjedene er hydrofobe, de liker ikke å blande seg med vannmolekyler. Denne prosessen ligner på det som skjer når du heller vegetabilsk olje i vann, det vil si at den ikke løses opp i den. De strukturelle egenskapene til cellemembranen er assosiert med det såkalte lipid-dobbeltlaget, som består av fosfolipider. Hydrofile fosfathoder er alltid plassert der det er vann i form av intracellulær og ekstracellulær væske. De hydrofobe halene av fosfolipider i membranen er organisert på en slik måte at de holder dem borte fra vann.
Kolesterol, proteiner og karbohydrater
Når folk hører ordet kolesterol, synes de vanligvis at det er dårlig. Imidlertid er kolesterol faktisk en svært viktig komponent i cellemembraner. Molekylene består av fire hydrogenringer og karbonatomer. De er hydrofobe og forekommer blant de hydrofobe halene i lipid-dobbeltlaget. Deres betydning ligger i å opprettholde konsistens, de styrker membranene og forhindrer kryssing. Kolesterolmolekyler forhindrer også at fosfolipidhalene kommer i kontakt og stivner. Dette sikrer flyt og fleksibilitet. Membranproteiner fungerer som enzymer for å fremskynde kjemiske reaksjoner, fungere som reseptorer for spesifikke molekyler eller transportere stoffer over cellemembranen.
Karbohydrater, eller sakkarider, finnes bare på den ekstracellulære siden av cellemembranen. Sammen danner de glykokalyxen. Det gir demping og beskyttelse til plasmamembranen. Basert på strukturen og typen karbohydrater i glykokalyxen kan kroppen gjenkjenne celler og bestemme om de skal være der eller ikke.
Membranproteiner
Strukturen til en cellemembran kan ikke forestilles uten en så viktig komponent som protein. Til tross for dette kan de være betydelig mindre i størrelse enn en annen viktig komponent - lipider. Det er tre typer hovedmembranproteiner.
- Integral. De dekker fullstendig dobbeltlaget, cytoplasmaet og det ekstracellulære miljøet. De utfører transport- og signalfunksjoner.
- Perifer. Proteiner er festet til membranen ved elektrostatiske eller hydrogenbindinger på deres cytoplasmatiske eller ekstracellulære overflater. De er hovedsakelig involvert som et middel for vedlegg for integrerte proteiner.
- Transmembrane. De utfører enzymatiske og signalerende funksjoner, og modulerer også den grunnleggende strukturen til lipid-dobbeltlaget i membranen.
Funksjoner av biologiske membraner
Den hydrofobe effekten, som regulerer oppførselen til hydrokarboner i vann, kontrollerer strukturene som dannes av membranlipider og membranproteiner. Mange membranegenskaper tildeles av bærerlipid-dobbeltlagene, som danner den grunnleggende strukturen for alle biologiske membraner. Integrerte membranproteiner er delvis skjult i lipid-dobbeltlaget. Transmembrane proteiner har en spesialisert organisering av aminosyrer i sin primære sekvens.
Perifere membranproteiner ligner veldig på løselige proteiner, men de er også membranbundet. Spesialiserte cellemembraner har spesialiserte cellefunksjoner. Hvordan påvirker strukturen og funksjonene til cellemembraner kroppen? Funksjonaliteten til hele organismen avhenger av hvordan biologiske membraner er strukturert. Fra intracellulære organeller, ekstracellulære og intercellulære interaksjoner av membraner, skapes strukturer som er nødvendige for organisering og ytelse av biologiske funksjoner. Mange strukturelle og funksjonelle funksjoner er vanlige for bakterier og innkapslede virus. Alle biologiske membraner er bygget på et lipid-dobbeltlag, som gir opphav til en rekke generelle egenskaper. Membranproteiner har mange spesifikke funksjoner.
- Kontrollere. Plasmamembraner av celler bestemmer grensene for interaksjon mellom cellen og miljøet.
- Transportere. De intracellulære membranene til celler er delt inn i flere funksjonelle enheter med forskjellige indre sammensetninger, som hver er støttet av den nødvendige transportfunksjonen i kombinasjon med permeabilitetskontroll.
- Signaltransduksjon. Membranfusjon gir en mekanisme for intracellulær vesikulær signalering og hemming forskjellige typer virus kan fritt komme inn i cellen.
Betydning og konklusjoner
Strukturen til den ytre cellemembranen påvirker hele kroppen. Det spiller en viktig rolle i å beskytte integriteten ved å la bare utvalgte stoffer trenge inn. Det er også en god base for feste av cytoskjelettet og celleveggen, noe som hjelper til med å opprettholde cellens form. Lipider utgjør omtrent 50 % av membranmassen til de fleste celler, selv om dette varierer avhengig av type membran. Strukturen til den ytre cellemembranen til pattedyr er mer kompleks, og inneholder fire hovedfosfolipider. En viktig egenskap ved lipid-dobbeltlag er at de oppfører seg som todimensjonale væsker der individuelle molekyler fritt kan rotere og bevege seg sideveis. Slik fluiditet er en viktig egenskap ved membraner, som bestemmes avhengig av temperatur og lipidsammensetning. På grunn av sin hydrokarbonringstruktur spiller kolesterol en rolle i å bestemme membranfluiditet. biologiske membraner for små molekyler lar cellen kontrollere og opprettholde sin indre struktur.
Med tanke på strukturen til cellen (cellemembran, kjerne og så videre), kan vi konkludere med at kroppen er et selvregulerende system som uten hjelp utenfra ikke kan skade seg selv og vil alltid lete etter måter å gjenopprette, beskytte og riktig. fungerer hver celle.
Cellemembran også kalt plasma (eller cytoplasmatisk) membran og plasmalemma. Denne strukturen skiller ikke bare det indre innholdet i cellen fra det ytre miljøet, men er også en del av de fleste cellulære organeller og kjernen, som igjen skiller dem fra hyaloplasma (cytosol) - den viskøse-flytende delen av cytoplasma. La oss bli enige om å ringe cytoplasmatisk membran den som skiller innholdet i cellen fra det ytre miljøet. De resterende leddene angir alle membraner.
Strukturen til den cellulære (biologiske) membranen er basert på et dobbelt lag av lipider (fett). Dannelsen av et slikt lag er assosiert med egenskapene til molekylene deres. Lipider løses ikke opp i vann, men kondenserer i det på sin egen måte. Den ene delen av et enkelt lipidmolekyl er et polart hode (det er tiltrukket av vann, dvs. hydrofilt), og den andre er et par lange ikke-polare haler (denne delen av molekylet frastøtes av vann, dvs. hydrofob). Denne strukturen av molekyler får dem til å "gjemme" halene for vannet og vende polarhodene mot vannet.
Resultatet er et lipid-dobbeltlag der de ikke-polare halene er innover (mot hverandre) og de polare hodene er utover (mot det ytre miljøet og cytoplasma). Overflaten til en slik membran er hydrofil, men innvendig er den hydrofob.
I cellemembraner dominerer fosfolipider blant lipidene (de tilhører komplekse lipider). Hodene deres inneholder en fosforsyrerest. I tillegg til fosfolipider er det glykolipider (lipider + karbohydrater) og kolesterol (relatert til steroler). Sistnevnte gir stivhet til membranen, og ligger i sin tykkelse mellom halene til de gjenværende lipidene (kolesterol er fullstendig hydrofobt).
På grunn av elektrostatisk interaksjon festes noen proteinmolekyler til de ladede lipidhodene, som blir overflatemembranproteiner. Andre proteiner samhandler med ikke-polare haler, er delvis begravd i dobbeltlaget eller trenger gjennom det.
Således består cellemembranen av et dobbeltlag av lipider, overflate (perifere), innebygde (semi-integrale) og gjennomtrengende (integrerte) proteiner. I tillegg noen proteiner og lipider med utenfor membraner er assosiert med karbohydratkjeder.
Dette flytende mosaikkmodell av membranstruktur ble fremsatt på 70-tallet av XX-tallet. Tidligere ble det antatt en sandwichmodell av struktur, ifølge hvilken lipid-dobbeltlaget er plassert inne, og på innsiden og utsiden er membranen dekket med kontinuerlige lag av overflateproteiner. Akkumuleringen av eksperimentelle data tilbakeviste imidlertid denne hypotesen.
Tykkelsen på membraner i forskjellige celler er omtrent 8 nm. Membraner (til og med forskjellige sider av en) skiller seg fra hverandre i prosentandelen av forskjellige typer lipider, proteiner, enzymatisk aktivitet osv. Noen membraner er mer flytende og mer permeable, andre er tettere.
Cellemembranbrudd smelter lett sammen på grunn av de fysisk-kjemiske egenskapene til lipid-dobbeltlaget. I membranens plan beveger lipider og proteiner (med mindre de er forankret av cytoskjelettet).
Funksjoner av cellemembranen
De fleste proteiner nedsenket i cellemembranen utfører en enzymatisk funksjon (de er enzymer). Ofte (spesielt i membranene til celleorganeller) er enzymer ordnet i en bestemt rekkefølge slik at reaksjonsproduktene katalysert av ett enzym går over til det andre, deretter det tredje osv. Det dannes en transportør som stabiliseres av overflateproteiner, pga. de lar ikke enzymene flyte langs lipid-dobbeltlaget.
Cellemembranen utfører en avgrensende (barriere)funksjon fra omgivelsene og samtidig transportfunksjoner. Vi kan si at dette er dens viktigste formål. Den cytoplasmatiske membranen, som har styrke og selektiv permeabilitet, opprettholder konstansen indre sammensetning celler (dens homeostase og integritet).
I dette tilfellet skjer transport av stoffer forskjellige måter. Transport langs en konsentrasjonsgradient innebærer bevegelse av stoffer fra et område med høyere konsentrasjon til et område med lavere (diffusjon). For eksempel diffunderer gasser (CO 2 , O 2 ).
Det er også transport mot en konsentrasjonsgradient, men med energiforbruk.
Transport kan være passiv og tilrettelagt (når den assisteres av en transportør). Passiv diffusjon over cellemembranen er mulig for fettløselige stoffer.
Det er spesielle proteiner som gjør membraner permeable for sukker og andre vannløselige stoffer. Slike bærere binder seg til transporterte molekyler og trekker dem gjennom membranen. Slik transporteres glukose inne i røde blodceller.
Trådeproteiner kombineres for å danne en pore for bevegelse av visse stoffer over membranen. Slike bærere beveger seg ikke, men danner en kanal i membranen og fungerer på samme måte som enzymer, og binder et bestemt stoff. Overføring skjer på grunn av en endring i proteinkonformasjon, noe som resulterer i dannelse av kanaler i membranen. Et eksempel er natrium-kalium-pumpen.
Transportfunksjonen til den eukaryote cellemembranen realiseres også gjennom endocytose (og eksocytose). Takket være disse mekanismene kommer store molekyler av biopolymerer, til og med hele celler, inn i cellen (og ut av den). Endo- og eksocytose er ikke karakteristisk for alle eukaryote celler (prokaryoter har det ikke i det hele tatt). Dermed observeres endocytose hos protozoer og lavere virvelløse dyr; hos pattedyr absorberer leukocytter og makrofager skadelige stoffer og bakterier, dvs. endocytose utfører beskyttende funksjon for kroppen.
Endocytose er delt inn i fagocytose(cytoplasma omslutter store partikler) og pinocytose(fanger opp dråper av væske med stoffer oppløst i den). Mekanismen for disse prosessene er omtrent den samme. Absorberte stoffer på overflaten av celler er omgitt av en membran. En vesikkel (fagocytisk eller pinocytisk) dannes, som deretter beveger seg inn i cellen.
Eksocytose er fjerning av stoffer fra cellen ved den cytoplasmatiske membranen (hormoner, polysakkarider, proteiner, fett, etc.). Disse stoffene er inneholdt i membranvesikler som nærmer seg cellemembranen. Begge membranene smelter sammen og innholdet vises utenfor cellen.
Den cytoplasmatiske membranen utfører en reseptorfunksjon. For å gjøre dette er strukturer plassert på dens ytre side som kan gjenkjenne en kjemisk eller fysisk stimulus. En del av plasmalemma-gjennomtrengende proteiner med utenfor koblet til polysakkaridkjeder (danner glykoproteiner). Dette er særegne molekylære reseptorer som fanger opp hormoner. Når et bestemt hormon binder seg til reseptoren, endrer det strukturen. Dette utløser igjen den cellulære responsmekanismen. I dette tilfellet kan kanaler åpne seg, og visse stoffer kan begynne å komme inn eller ut av cellen.
Reseptorfunksjonen til cellemembraner er godt studert basert på virkningen av hormonet insulin. Når insulin binder seg til sin glykoproteinreseptor, aktiveres den katalytiske intracellulære delen av dette proteinet (adenylatcyklaseenzymet). Enzymet syntetiserer syklisk AMP fra ATP. Allerede aktiverer eller undertrykker den ulike enzymer i cellulær metabolisme.
Reseptorfunksjonen til den cytoplasmatiske membranen inkluderer også gjenkjennelse av naboceller av samme type. Slike celler er festet til hverandre ved hjelp av ulike intercellulære kontakter.
I vev, ved hjelp av intercellulære kontakter, kan celler utveksle informasjon med hverandre ved hjelp av spesialsyntetiserte lavmolekylære stoffer. Et eksempel på en slik interaksjon er kontakthemming, når celler slutter å vokse etter å ha mottatt informasjon om at ledig plass er okkupert.
Intercellulære kontakter kan være enkle (membranene til forskjellige celler er ved siden av hverandre), låsing (invaginasjoner av membranen til en celle inn i en annen), desmosomer (når membranene er forbundet med bunter av tverrgående fibre som trenger inn i cytoplasmaet). I tillegg er det en variant av intercellulære kontakter på grunn av mediatorer (mellomledd) - synapser. I dem overføres signalet ikke bare kjemisk, men også elektrisk. Synapser overfører signaler mellom nerveceller, så vel som fra nerve til muskelceller.
Cytoplasma- en obligatorisk del av cellen, innelukket mellom plasmamembranen og kjernen; er delt inn i hyaloplasma (hovedstoffet i cytoplasma), organeller (permanente komponenter i cytoplasma) og inneslutninger (midlertidige komponenter i cytoplasma). Kjemisk oppbygning cytoplasma: grunnlaget er vann (60-90% av den totale massen av cytoplasma), ulike organiske og uorganiske forbindelser. Cytoplasmaet har en alkalisk reaksjon. Trekk cytoplasma til en eukaryot celle - konstant bevegelse ( syklose). Det oppdages først og fremst ved bevegelse av celleorganeller, slik som kloroplaster. Hvis bevegelsen av cytoplasma stopper, dør cellen, siden bare ved å være i konstant bevegelse kan den utføre sine funksjoner.
Hyaloplasma ( cytosol) er en fargeløs, slimete, tykk og gjennomsiktig kolloidal løsning. Det er i det alle metabolske prosesser finner sted, det sikrer sammenkoblingen av kjernen og alle organeller. Avhengig av overvekt av den flytende delen eller store molekyler i hyaloplasma, skilles to former for hyaloplasma: sol- mer flytende hyaloplasma og gel- tykkere hyaloplasma. Gjensidige overganger er mulige mellom dem: gelen blir til en sol og omvendt.
Funksjoner av cytoplasma:
- kombinere alle cellekomponenter til et enkelt system,
- miljø for passasje av mange biokjemiske og fysiologiske prosesser,
- miljø for eksistensen og funksjonen til organeller.
Cellemembraner
Cellemembraner begrense eukaryote celler. I hver cellemembran kan minst to lag skilles. Det indre laget er ved siden av cytoplasmaet og er representert ved plasmamembran(synonymer - plasmalemma, cellemembran, cytoplasmatisk membran), som det ytre laget dannes over. I dyrecelle den er tynn og den heter glykokalyx(dannet av glykoproteiner, glykolipider, lipoproteiner), i Plante-celle- tykk, kalt celleveggen(dannet av cellulose).
Alle biologiske membraner har felles strukturelle trekk og egenskaper. Det er for tiden generelt akseptert flytende mosaikkmodell av membranstruktur. Grunnlaget for membranen er et lipid-dobbeltlag dannet hovedsakelig av fosfolipider. Fosfolipider er triglyserider hvor en fettsyrerest er erstattet med en fosforsyrerest; delen av molekylet som inneholder fosforsyreresten kalles det hydrofile hodet, delene som inneholder fettsyrerestene kalles de hydrofobe halene. I membranen er fosfolipider ordnet på en strengt ordnet måte: de hydrofobe halene til molekylene vender mot hverandre, og de hydrofile hodene vender utover, mot vannet.
I tillegg til lipider inneholder membranen proteiner (i gjennomsnitt ≈ 60%). De bestemmer de fleste av de spesifikke funksjonene til membranen (transport av visse molekyler, katalyse av reaksjoner, mottak og konvertering av signaler fra miljøet, etc.). Det er: 1) perifere proteiner(plassert på utsiden eller indre overflate lipid dobbeltlag), 2) semi-integrerte proteiner(nedsenket i lipid-dobbeltlaget på forskjellige dybder), 3) integrerte, eller transmembrane, proteiner(stikk gjennom membranen, kontakt både det ytre og indre miljøet i cellen). Integrerte proteiner kalles i noen tilfeller kanaldannende eller kanalproteiner, siden de kan betraktes som hydrofile kanaler som polare molekyler passerer inn i cellen (lipidkomponenten i membranen ville ikke slippe dem gjennom).
A - hydrofilt fosfolipidhode; B - hydrofobe fosfolipidhaler; 1 - hydrofobe områder av proteiner E og F; 2 - hydrofile områder av protein F; 3 - forgrenet oligosakkaridkjede festet til et lipid i et glykolipidmolekyl (glykolipider er mindre vanlige enn glykoproteiner); 4 - forgrenet oligosakkaridkjede festet til et protein i et glykoproteinmolekyl; 5 - hydrofil kanal (fungerer som en pore som ioner og noen polare molekyler kan passere gjennom).
Membranen kan inneholde karbohydrater (opptil 10%). Karbohydratkomponenten i membraner er representert av oligosakkarid- eller polysakkaridkjeder assosiert med proteinmolekyler (glykoproteiner) eller lipider (glykolipider). Karbohydrater er hovedsakelig lokalisert på den ytre overflaten av membranen. Karbohydrater gir reseptorfunksjoner til membranen. I dyreceller danner glykoproteiner et supramembrankompleks, glykokalyxen, som er flere titalls nanometer tykt. Den inneholder mange cellereseptorer, og med dens hjelp oppstår celleadhesjon.
Molekyler av proteiner, karbohydrater og lipider er mobile, i stand til å bevege seg i membranens plan. Tykkelsen på plasmamembranen er omtrent 7,5 nm.
Funksjoner av membraner
Membraner utfører følgende funksjoner:
- separasjon av cellulært innhold fra det ytre miljø,
- regulering av metabolisme mellom cellen og miljøet,
- dele cellen inn i rom ("rom"),
- sted for lokalisering av "enzymatiske transportører",
- sikre kommunikasjon mellom celler i vevet til flercellede organismer (adhesjon),
- signalgjenkjenning.
Det viktigste membran egenskap— selektiv permeabilitet, dvs. membraner er svært permeable for noen stoffer eller molekyler og dårlig permeable (eller helt ugjennomtrengelige) for andre. Denne egenskapen ligger til grunn for den regulerende funksjonen til membraner, og sikrer utveksling av stoffer mellom cellen og det ytre miljøet. Prosessen med stoffer som passerer gjennom cellemembranen kalles transport av stoffer. Det er: 1) passiv transport- prosessen med å sende stoffer uten energiforbruk; 2) aktiv transport- prosessen med passasje av stoffer som skjer med energiforbruk.
På passiv transport stoffer beveger seg fra et område med høyere konsentrasjon til et område med lavere, dvs. langs konsentrasjonsgradienten. I enhver løsning er det løsemiddel- og oppløste molekyler. Prosessen med å flytte oppløste molekyler kalles diffusjon, og bevegelsen av løsemiddelmolekyler kalles osmose. Hvis molekylet er ladet, påvirkes transporten også av den elektriske gradienten. Derfor snakker folk ofte om en elektrokjemisk gradient, som kombinerer begge gradientene sammen. Transporthastigheten avhenger av gradientens størrelse.
Følgende typer passiv transport kan skilles: 1) enkel diffusjon- transport av stoffer direkte gjennom lipid-dobbeltlaget (oksygen, karbondioksid); 2) diffusjon gjennom membrankanaler- transport gjennom kanaldannende proteiner (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) forenklet diffusjon- transport av stoffer ved hjelp av spesielle transportproteiner, som hver er ansvarlig for bevegelsen av visse molekyler eller grupper av beslektede molekyler (glukose, aminosyrer, nukleotider); 4) osmose- transport av vannmolekyler (i alt biologiske systemer Løsningsmidlet er vann.)
Nødvendighet aktiv transport oppstår når det er nødvendig å sikre transport av molekyler over en membran mot en elektrokjemisk gradient. Denne transporten utføres av spesielle bærerproteiner, hvis aktivitet krever energiforbruk. Energikilden er ATP-molekyler. Aktiv transport inkluderer: 1) Na + /K + pumpe (natrium-kalium pumpe), 2) endocytose, 3) eksocytose.
Drift av Na + /K + pumpe. For normal funksjon må cellen opprettholde et visst forhold mellom K + og Na + ioner i cytoplasmaet og i det ytre miljø. Konsentrasjonen av K + inne i cellen bør være betydelig høyere enn utenfor den, og Na + - omvendt. Det skal bemerkes at Na + og K + kan diffundere fritt gjennom membranporene. Na + /K + pumpen motvirker utjevningen av konsentrasjonene av disse ionene og pumper aktivt Na + ut av cellen og K + inn i cellen. Na + /K + pumpen er et transmembranprotein som er i stand til konformasjonsendringer, som et resultat av at det kan feste både K + og Na +. Na + /K + pumpesyklusen kan deles inn i følgende faser: 1) tilsetning av Na + fra innsiden av membranen, 2) fosforylering av pumpeproteinet, 3) frigjøring av Na + i det ekstracellulære rommet, 4) tilsetning av K+ fra utsiden av membranen, 5) defosforylering av pumpeproteinet, 6) frigjøring av K+ i det intracellulære rommet. Nesten en tredjedel av all energi som kreves for cellefunksjon, brukes på driften av natrium-kalium-pumpen. I én driftssyklus pumper pumpen ut 3Na+ fra cellen og pumper inn 2K+.
Endocytose- prosessen med absorpsjon av store partikler og makromolekyler av cellen. Det finnes to typer endocytose: 1) fagocytose- fangst og absorpsjon av store partikler (celler, deler av celler, makromolekyler) og 2) pinocytose— fangst og absorpsjon av flytende materiale (løsning, kolloidal løsning, suspensjon). Fenomenet fagocytose ble oppdaget av I.I. Mechnikov i 1882. Under endocytose danner plasmamembranen en invaginasjon, kantene smelter sammen, og strukturer avgrenset fra cytoplasmaet av en enkelt membran snøres inn i cytoplasmaet. Mange protozoer og noen leukocytter er i stand til fagocytose. Pinocytose observeres i tarmepitelceller og i endotelet til blodkapillærene.
Eksocytose- en prosess omvendt til endocytose: fjerning av forskjellige stoffer fra cellen. Under eksocytose smelter vesikkelmembranen sammen med den ytre cytoplasmatiske membranen, innholdet i vesikkelen fjernes utenfor cellen, og dens membran er inkludert i den ytre cytoplasmatiske membranen. På denne måten fjernes hormoner fra cellene i de endokrine kjertlene i protozoer, ufordøyde matrester fjernes.
Gå til forelesninger nr. 5"Celleteori. Typer mobilorganisasjon"
Gå til forelesninger nr. 7"Eukaryot celle: struktur og funksjoner til organeller"
Plasmamembran , eller plasmalemma,- den mest permanente, grunnleggende, universelle membranen for alle celler. Det er en tynn (ca. 10 nm) film som dekker hele cellen. Plasmalemmaet består av proteinmolekyler og fosfolipider (fig. 1.6).
Fosfolipidmolekyler er ordnet i to rader - med hydrofobe ender innover, hydrofile hoder mot det indre og ytre vandige miljøet. Noen steder penetreres bilaget (dobbeltlaget) av fosfolipider gjennom og gjennom av proteinmolekyler (integrerte proteiner). Inne i slike proteinmolekyler er det kanaler - porer som vannløselige stoffer passerer gjennom. Andre proteinmolekyler penetrerer lipid-dobbeltlaget halvveis på den ene eller den andre siden (semi-integrerte proteiner). Det er perifere proteiner på overflaten av membranene til eukaryote celler. Lipid- og proteinmolekyler holdes sammen på grunn av hydrofile-hydrofobe interaksjoner.
Egenskaper og funksjoner til membraner. Alle cellemembraner er mobile væskestrukturer, siden lipid- og proteinmolekyler ikke er sammenkoblet med kovalente bindinger og er i stand til å bevege seg ganske raskt i membranens plan. Takket være dette kan membraner endre konfigurasjonen, det vil si at de har fluiditet.
Membraner er svært dynamiske strukturer. De kommer seg raskt etter skade og strekker seg og trekker seg sammen med cellulære bevegelser.
Membraner av forskjellige typer celler varierer betydelig både i kjemisk sammensetning og i det relative innholdet av proteiner, glykoproteiner, lipider i dem, og følgelig i naturen til reseptorene de inneholder. Hver celletype er derfor preget av en individualitet, som hovedsakelig bestemmes glykoproteiner. Forgrenede glykoproteiner som stikker ut fra cellemembranen er involvert i faktorgjenkjenning ytre miljø, så vel som i gjensidig anerkjennelse av beslektede celler. For eksempel gjenkjenner et egg og en sperm hverandre av celleoverflateglykoproteiner, som passer sammen som separate elementer i en hel struktur. Slik gjensidig anerkjennelse er et nødvendig stadium før befruktning.
Et lignende fenomen observeres i prosessen med vevsdifferensiering. I dette tilfellet er celler med lignende struktur, ved hjelp av gjenkjenningsområder av plasmalemmaet, korrekt orientert i forhold til hverandre, og sikrer dermed deres adhesjon og vevsdannelse. Forbundet med anerkjennelse transportregulering molekyler og ioner gjennom membranen, samt en immunologisk respons der glykoproteiner spiller rollen som antigener. Sukker kan dermed fungere som informasjonsmolekyler (som proteiner og nukleinsyrer). Membranene inneholder også spesifikke reseptorer, elektronbærere, energiomformere og enzymproteiner. Proteiner er involvert i å sikre transport av visse molekyler inn eller ut av cellen, gir en strukturell forbindelse mellom cytoskjelettet og cellemembraner, eller fungerer som reseptorer for å motta og konvertere kjemiske signaler fra miljøet.
Den viktigste egenskapen til membranen er også selektiv permeabilitet. Dette betyr at molekyler og ioner passerer gjennom den med forskjellige hastigheter, og jo større størrelsen på molekylene er, desto langsommere er hastigheten de passerer gjennom membranen. Denne egenskapen definerer plasmamembranen som osmotisk barriere. Vann og gasser oppløst i det har den maksimale penetreringsevnen; Ioner passerer gjennom membranen mye saktere. Diffusjonen av vann gjennom en membran kalles ved osmose.
Det er flere mekanismer for å transportere stoffer over membranen.
Diffusjon- penetrering av stoffer gjennom en membran langs en konsentrasjonsgradient (fra et område hvor konsentrasjonen er høyere til et område hvor konsentrasjonen er lavere). Diffus transport av stoffer (vann, ioner) utføres med deltagelse av membranproteiner, som har molekylære porer, eller med deltagelse av lipidfasen (for fettløselige stoffer).
Med tilrettelagt diffusjon spesielle membrantransportproteiner binder seg selektivt til ett eller annet ion eller molekyl og transporterer dem over membranen langs en konsentrasjonsgradient.
Aktiv transport innebærer energikostnader og tjener til å transportere stoffer mot deres konsentrasjonsgradient. Han utføres av spesielle bærerproteiner som danner den såkalte ionepumper. Den mest studerte er Na - / K - pumpen i dyreceller, som aktivt pumper Na + ioner ut samtidig som den absorberer K - ioner. På grunn av dette opprettholdes en høyere konsentrasjon av K - og en lavere konsentrasjon av Na + i cellen sammenlignet med miljøet. Denne prosessen krever ATP-energi.
Som et resultat av aktiv transport ved hjelp av membranpumpe i cellen, reguleres også konsentrasjonen av Mg 2- og Ca 2+.
Under prosessen med aktiv transport av ioner inn i cellen trenger forskjellige sukkerarter, nukleotider og aminosyrer gjennom den cytoplasmatiske membranen.
Makromolekyler av proteiner, nukleinsyrer, polysakkarider, lipoproteinkomplekser osv. passerer ikke gjennom cellemembraner, i motsetning til ioner og monomerer. Transport av makromolekyler, deres komplekser og partikler inn i cellen skjer på en helt annen måte - gjennom endocytose. På endocytose (endo...- innover) et visst område av plasmalemmaet fanger og omslutter så å si ekstracellulært materiale, og omslutter det i en membranvakuole som oppstår som et resultat av invaginering av membranen. Deretter forbindes en slik vakuole med et lysosom, hvis enzymer bryter ned makromolekyler til monomerer.
Den omvendte prosessen med endocytose er eksocytose (ekso...- ut). Takket være det fjerner cellen intracellulære produkter eller ufordøyde rester innelukket i vakuoler eller pu-
zyryki. Vesikkelen nærmer seg den cytoplasmatiske membranen, smelter sammen med den, og innholdet slippes ut i miljøet. Slik fjernes fordøyelsesenzymer, hormoner, hemicellulose osv.
Dermed fungerer biologiske membraner, som de viktigste strukturelle elementene i en celle, ikke bare som fysiske grenser, men er dynamiske funksjonelle overflater. Tallrike biokjemiske prosesser finner sted på membranene til organeller, som aktiv absorpsjon av stoffer, energiomdannelse, ATP-syntese, etc.
Funksjoner av biologiske membraner følgende:
De avgrenser innholdet i cellen fra det ytre miljøet og innholdet av organeller fra cytoplasmaet.
De sørger for transport av stoffer inn og ut av cellen, fra cytoplasma til organeller og omvendt.
Fungerer som reseptorer (mottar og omdanner kjemikalier fra miljøet, gjenkjenner cellestoffer osv.).
De er katalysatorer (som gir kjemiske prosesser nær membran).
Delta i energikonvertering.
