Biologinės membranos. Ląstelės membrana: struktūra ir funkcijos Ką daro membrana

Gamta sukūrė daugybę organizmų ir ląstelių, tačiau nepaisant to, biologinių membranų struktūra ir dauguma funkcijų yra vienodos, todėl galima ištirti jų struktūrą ir ištirti pagrindines jų savybes neprisirišant prie konkrečios rūšies ląstelės.

Kas yra membrana?

Membranos yra apsauginis elementas, kuris yra neatsiejama bet kurio gyvo organizmo ląstelės dalis.

Visų planetos gyvų organizmų struktūrinis ir funkcinis vienetas yra ląstelė. Jo gyvybinė veikla yra neatsiejamai susijusi su aplinka, su kuria jis keičiasi energija, informacija ir medžiaga. Taigi ląstelės funkcionavimui reikalinga maistinė energija ateina iš išorės ir išleidžiama įvairioms jos funkcijoms.

Paprasčiausio gyvo organizmo struktūrinio vieneto sandara: organelių membrana, įvairūs intarpai. Jį supa membrana, kurios viduje yra branduolys ir visos organelės. Tai mitochondrijos, lizosomos, ribosomos, endoplazminis tinklas. Kiekvienas konstrukcijos elementas turi savo membraną.

Vaidmuo ląstelių veikloje

Biologinė membrana atlieka pagrindinį vaidmenį elementarios gyvosios sistemos struktūroje ir funkcionavime. Tik ląstelė, apsupta apsauginiu apvalkalu, teisėtai gali būti vadinama organizmu. Toks procesas kaip metabolizmas taip pat vyksta dėl membranos buvimo. Jei sutrinka jo struktūrinis vientisumas, pasikeičia viso kūno funkcinė būklė.

Ląstelių membrana ir jos funkcijos

Jis atskiria ląstelės citoplazmą nuo išorinės aplinkos arba nuo membranos. Ląstelės membrana užtikrina tinkamą specifinių funkcijų atlikimą, tarpląstelinių kontaktų ir imuninių apraiškų specifiškumą, palaiko transmembraninį elektrinio potencialo skirtumą. Jame yra receptorių, galinčių suvokti cheminius signalus – hormonų, mediatorių ir kitų biologiškai aktyvių komponentų. Šie receptoriai suteikia jai dar vieną gebėjimą – keisti ląstelės metabolinį aktyvumą.

Membranos funkcijos:

1. Aktyvus medžiagų perdavimas.

2. Pasyvus medžiagų perdavimas:

2.1. Difuzija paprasta.

2.2. Pernešimas per poras.

2.3. Transportavimas atliekamas difuzijos būdu nešikliui kartu su membranine medžiaga arba perduodant medžiagą išilgai nešiklio molekulinės grandinės.

3. Neelektrolitų pernešimas dėl paprastos ir palengvintos difuzijos.

Ląstelių membranos struktūra

Ląstelės membranos komponentai yra lipidai ir baltymai.

Lipidai: fosfolipidai, fosfatidiletanolaminas, sfingomielinas, fosfatidilinozitolis ir fosfatidilserinas, glikolipidai. Lipidų dalis yra 40-90%.

Baltymai: periferiniai, integraliniai (glikoproteinai), spektrinas, aktinas, citoskeletas.

Pagrindinis struktūrinis elementas yra dvigubas fosfolipidų molekulių sluoksnis.

Stogo membrana: apibrėžimas ir tipologija

Šiek tiek statistikos. Rusijos Federacijos teritorijoje membrana ne taip seniai buvo naudojama kaip stogo danga. Membraninių stogų dalis iš visų minkštų stogo plokščių sudaro tik 1,5%. Bituminiai ir mastikiniai stogai tapo plačiau paplitę Rusijoje. Tačiau Vakarų Europoje membraninių stogų dalis sudaro 87%. Skirtumas pastebimas.

Paprastai membrana kaip pagrindinė medžiaga dengiant stogą idealiai tinka plokštiems stogams. Turintiems didelį nuolydį jis mažiau tinka.

Membraninių stogų dangų gamybos ir pardavimo apimtys vidaus rinkoje turi teigiamą augimo tendenciją. Kodėl? Priežastys yra daugiau nei aiškios:

• Tarnavimo laikas yra apie 60 metų. Įsivaizduokite, tik gamintojo nustatytas garantinis naudojimo laikotarpis siekia 20 metų.
• Lengva montuoti. Palyginimui: bituminio stogo įrengimas trunka 1,5 karto ilgiau nei membraninio stogo įrengimas.
• Priežiūros ir remonto darbų paprastumas.

Stogo dangų storis gali būti 0,8-2 mm, o vidutinis vieno kvadratinio metro svoris – 1,3 kg.

Stogo dangos savybės:

• elastingumas;
• stiprumas;
• atsparumas ultravioletiniams spinduliams ir kitiems agresoriams;
• atsparumas šalčiui;
• atsparumas ugniai.

Yra trijų tipų stogo membranos. Pagrindinis klasifikavimo bruožas yra polimerinės medžiagos tipas, sudarantis drobės pagrindą. Taigi, stogo dangos membranos yra:

• priklausantys EPDM grupei, yra gaminami polimerizuoto etileno-propileno-dieno monomero pagrindu, arba paprasčiau tariant, Privalumai: didelis stiprumas, elastingumas, atsparumas vandeniui, ekologiškumas, maža kaina. Trūkumai: klijavimo technologija lakštų sujungimui naudojant specialią juostą, mažas sujungimų stiprumas. Taikymo sritis: naudojama kaip hidroizoliacinė medžiaga tunelių grindims, vandens šaltiniams, atliekų saugykloms, dirbtiniams ir natūraliems rezervuarams ir kt.
• PVC membranos. Tai korpusai, kurių gamyboje kaip pagrindinė medžiaga naudojamas polivinilchloridas. Privalumai: atsparumas UV spinduliams, atsparumas ugniai, platus membraninių audinių spalvų pasirinkimas. Trūkumai: mažas atsparumas bituminėms medžiagoms, alyvoms, tirpikliams; į atmosferą išskiria kenksmingas medžiagas; Drobės spalva laikui bėgant blunka.
• TPO. Pagaminta iš termoplastinių olefinų. Jie gali būti sustiprinti arba nesutvirtinti. Pirmieji yra su poliesterio tinkleliu arba stiklo pluošto audiniu. Privalumai: ekologiškumas, ilgaamžiškumas, didelis elastingumas, atsparumas temperatūrai (tiek aukštoje, tiek žemoje temperatūroje), suvirintos audinių siūlių jungtys. Trūkumai: aukšta kainų kategorija, gamintojų trūkumas vidaus rinkoje.

Profiliuota membrana: savybės, funkcijos ir privalumai

Profiliuotos membranos yra naujovė statybų rinkoje. Ši membrana naudojama kaip hidroizoliacinė medžiaga.

Gamyboje naudojama medžiaga yra polietilenas. Pastarasis yra dviejų tipų: didelio tankio polietilenas (HDPE) ir mažo tankio polietilenas (LDPE).

Profiliuota membrana iš aukšto slėgio polietileno turi specialų paviršių – tuščiavidurius spuogelius. Šių darinių aukštis gali svyruoti nuo 7 iki 20 mm. Vidinis membranos paviršius yra lygus. Tai leidžia be problemų lenkti statybines medžiagas.

Atskirų membranos dalių formos keitimas neleidžiamas, nes slėgis tolygiai paskirstomas visame jos plote dėl tų pačių iškyšų. Geomembrana gali būti naudojama kaip ventiliacijos izoliacija. Tokiu atveju užtikrinami laisvi šilumos mainai pastato viduje.

Profiliuotų membranų privalumai:

• padidėjęs stiprumas;
• atsparumas karščiui;
• atsparumas cheminiams ir biologiniams poveikiams;
• ilgas tarnavimo laikas (daugiau nei 50 metų);
• montavimo ir priežiūros paprastumas;
• prieinama kaina.

Profiliuotos membranos būna trijų tipų:

• su vieno sluoksnio audiniu;
• su dvisluoksniu audiniu = geotekstilė + drenažo membrana;
• su trisluoksniu audiniu = slidus paviršius + geotekstilė + drenažo membrana.

Vieno sluoksnio profiliuota membrana naudojama pagrindinei hidroizoliacijai apsaugoti, betono įrengimui ir išmontavimui ruošiant sienas su dideliu drėgnumu. Montuojant naudojamas dviejų sluoksnių apsauginis sluoksnis. Jis susideda iš trijų sluoksnių ir yra naudojamas dirvožemyje, kuris yra jautrus šalčiui, ir giliame dirvožemyje.

Drenažo membranų naudojimo sritys

Profiliuota membrana pritaikoma šiose srityse:

1. Pagrindinė pamatų hidroizoliacija. Užtikrina patikimą apsaugą nuo žalingo gruntinio vandens, augalų šaknų sistemų poveikio, dirvožemio nusėdimo ir mechaninių pažeidimų.
2. Pamatų sienos drenažas. Neutralizuoja gruntinio vandens ir atmosferos kritulių poveikį, transportuodamas juos į drenažo sistemas.
3. Horizontalus tipas - apsauga nuo deformacijos dėl konstrukcijos ypatybių.
4. Analogiškas betono paruošimui. Jis naudojamas atliekant statybos darbus statant pastatus žemo gruntinio vandens zonoje, tais atvejais, kai apsaugai nuo kapiliarinės drėgmės naudojama horizontali hidroizoliacija. Be to, profiliuotos membranos funkcijos apima neleisti cemento pienui patekti į žemę.
5. Didelio drėgnumo sienų paviršių vėdinimas. Galima montuoti tiek patalpos viduje, tiek išorėje. Pirmuoju atveju suaktyvinama oro cirkuliacija, o antruoju užtikrinama optimali drėgmė ir temperatūra.
6. Naudota inversinė stogo danga.

Superdifuzinė membrana

Superdifuzinė membrana – tai naujos kartos medžiaga, kurios pagrindinė paskirtis – apsaugoti stogo konstrukcijos elementus nuo vėjo, kritulių, garų.

Apsauginės medžiagos gamyba pagrįsta neaustinių medžiagų, tankių aukštos kokybės pluoštų naudojimu. Trisluoksnės ir keturių sluoksnių membranos yra populiarios vidaus rinkoje. Ekspertų ir vartotojų atsiliepimai patvirtina, kad kuo daugiau sluoksnių yra pagrįsta konstrukcija, tuo stipresnės jos apsauginės funkcijos, taigi ir visos patalpos energinis efektyvumas.

Atsižvelgdami į stogo tipą, jo konstrukcines ypatybes, klimato sąlygas, gamintojai rekomenduoja pirmenybę teikti vienokiam ar kitokiam difuzinės membranos tipui. Taigi jie egzistuoja sudėtingų ir nesudėtingų konstrukcijų šlaitiniams stogams, minimalaus nuolydžio šlaitiniams stogams, stogams su siūlių danga ir kt.

Superdifuzinė membrana klojama tiesiai ant termoizoliacinio sluoksnio, grindų danga iš lentų. Nereikia ventiliacijos tarpo. Medžiaga tvirtinama specialiomis kabėmis arba plieninėmis vinimis. Difuzinių lakštų kraštai sujungiami darbai gali būti atliekami net ekstremaliomis sąlygomis: esant stipriam vėjo gūsiui ir pan.

Be to, aptariama danga gali būti naudojama kaip laikina stogo danga.

PVC membranos: esmė ir paskirtis

PFC membranos yra stogo dangos medžiaga, pagaminta iš polivinilchlorido ir pasižyminti elastinėmis savybėmis. Tokia moderni stogo danga visiškai pakeitė bituminius ritininius analogus, kurie turi reikšmingą trūkumą – sistemingos priežiūros ir remonto poreikį. Šiandien PVC membranoms būdingos savybės leidžia jas naudoti atliekant senų plokščių stogų remonto darbus. Jie taip pat naudojami įrengiant naujus stogus.

Iš šios medžiagos pagamintą stogą lengva naudoti, jį montuoti galima ant bet kokio tipo paviršiaus, bet kuriuo metų laiku ir bet kokiomis oro sąlygomis. PVC membrana turi šias savybes:

• stiprumas;
• stabilumas veikiant UV spinduliams, įvairių tipų krituliams, taškinėms ir paviršiaus apkrovoms.

Dėl savo unikalių savybių PVC membranos ištikimai tarnaus ilgus metus. Tokio stogo eksploatavimo trukmė prilygsta paties pastato eksploatavimo trukmei, o ruloninėms stogo dangoms reikalingas reguliarus remontas, o kai kuriais atvejais ir pilnas išmontavimas bei naujų grindų įrengimas.

PVC membraniniai lakštai tarpusavyje sujungiami karšto suvirinimo būdu, kurio temperatūra yra 400-600 laipsnių Celsijaus ribose. Ši jungtis yra visiškai sandari.

PVC membranų privalumai

Jų pranašumai yra akivaizdūs:

• stogo dangos sistemos lankstumas, geriausiai atitinkantis statybos projektą;
• patvari, sandari jungiamoji siūlė tarp membraninių lakštų;
• idealiai toleruoja klimato pokyčius, oro sąlygas, temperatūrą, drėgmę;
• padidėjęs garų pralaidumas, kuris skatina po stogo erdvėje susikaupusios drėgmės išgaravimą;
• daug spalvų variantų;
• ugnies savybės;
• gebėjimas ilgą laiką išlaikyti originalias savybes ir išvaizdą;
• PVC membrana yra absoliučiai aplinkai nekenksminga medžiaga, kurią patvirtina atitinkami sertifikatai;
• montavimo procesas yra mechanizuotas, todėl tai neužims daug laiko;
• eksploatavimo taisyklės leidžia montuoti įvairius architektūrinius priedus tiesiai ant paties PVC membraninio stogo;
• vieno sluoksnio montavimas sutaupys jūsų pinigus;
• priežiūros ir remonto paprastumas.

Membraninis audinys

Membraninis audinys tekstilės pramonei žinomas jau seniai. Iš šios medžiagos gaminami batai ir drabužiai: suaugusiems ir vaikams. Membrana yra membraninio audinio pagrindas, pateikiamas plonos polimerinės plėvelės pavidalu ir pasižymintis tokiomis savybėmis kaip atsparumas vandeniui ir garų pralaidumas. Šiai medžiagai gaminti ši plėvelė padengiama išoriniais ir vidiniais apsauginiais sluoksniais. Jų struktūrą lemia pati membrana. Tai daroma siekiant išsaugoti visas naudingas savybes net ir pažeidus. Kitaip tariant, membraniniai drabužiai nesušlampa veikiami kritulių sniego ar lietaus pavidalu, tačiau tuo pačiu puikiai leidžia garams iš kūno patekti į išorinę aplinką. Šis pralaidumas leidžia odai kvėpuoti.

Atsižvelgdami į visa tai, kas išdėstyta pirmiau, galime daryti išvadą, kad idealūs žiemos drabužiai yra pagaminti iš tokio audinio. Membrana prie audinio pagrindo gali būti:

• su poromis;
• be porų;
• sujungti.

Membranose, kuriose yra daug mikroporų, yra teflono. Tokių porų matmenys nesiekia net vandens lašo matmenų, tačiau yra didesni už vandens molekulę, o tai rodo atsparumą vandeniui ir gebėjimą pašalinti prakaitą.

Membranos, kuriose nėra porų, dažniausiai gaminamos iš poliuretano. Jų vidinis sluoksnis sukoncentruoja visas žmogaus kūno prakaito ir riebalų išskyras ir jas išstumia.

Kombinuotosios membranos struktūra reiškia, kad yra du sluoksniai: porėtas ir lygus. Šis audinys pasižymi aukštos kokybės savybėmis ir tarnaus daugelį metų.

Dėl šių privalumų drabužiai ir batai, pagaminti iš membraninių audinių ir skirti dėvėti žiemos sezonu, yra patvarūs, tačiau lengvi, puikiai apsaugo nuo šalčio, drėgmės ir dulkių. Jie yra tiesiog nepakeičiami daugeliui aktyvių žiemos poilsio ir alpinizmo rūšių.

Ląstelės membrana yra itin plona plėvelė ląstelės arba ląstelės organelės paviršiuje, susidedanti iš bimolekulinio lipidų sluoksnio su įterptais baltymais ir polisacharidais.

Membranos funkcijos:

• · Barjeras – užtikrina reguliuojamą, selektyvią, pasyvią ir aktyvią medžiagų apykaitą su aplinka. Pavyzdžiui, peroksisomų membrana apsaugo citoplazmą nuo ląstelei pavojingų peroksidų. Atrankinis pralaidumas reiškia, kad membranos pralaidumas skirtingiems atomams ar molekulėms priklauso nuo jų dydžio, elektros krūvio ir cheminių savybių. Atrankinis pralaidumas užtikrina, kad ląstelė ir ląstelių skyriai būtų atskirti nuo aplinkos ir aprūpinti reikalingomis medžiagomis.
• · Transportas – medžiagų pernešimas į ląstelę ir iš jos vyksta per membraną. Transportas per membranas užtikrina: maistinių medžiagų tiekimą, medžiagų apykaitos galutinių produktų pašalinimą, įvairių medžiagų sekreciją, jonų gradientų kūrimą, optimalaus pH ir jonų koncentracijų palaikymą ląstelėje, kurios būtinos ląstelės fermentų funkcionavimui. Dalelės, kurios dėl kokių nors priežasčių negali prasiskverbti per fosfolipidų dvisluoksnį sluoksnį (pavyzdžiui, dėl hidrofilinių savybių, nes viduje esanti membrana yra hidrofobinė ir nepraleidžia hidrofilinių medžiagų, arba dėl jų didelio dydžio), bet būtinos ląstelei. , gali prasiskverbti pro membraną per specialius nešiklius (transporterius) ir kanalų baltymus arba endocitozės būdu. Pasyviojo transportavimo metu medžiagos kerta lipidų dvigubą sluoksnį, neeikvodamos energijos pagal koncentracijos gradientą difuzijos būdu. Šio mechanizmo variantas yra palengvinta difuzija, kai tam tikra molekulė padeda medžiagai pereiti per membraną. Ši molekulė gali turėti kanalą, leidžiantį praeiti tik vienos rūšies medžiagai. Aktyviam transportavimui reikalinga energija, nes ji vyksta prieš koncentracijos gradientą. Ant membranos yra specialūs siurblio baltymai, įskaitant ATPazę, kuri aktyviai pumpuoja kalio jonus (K +) į ląstelę ir pumpuoja iš jos natrio jonus (Na +).
• · matrica – užtikrina tam tikrą santykinę membraninių baltymų padėtį ir orientaciją, optimalią jų sąveiką.
• · mechaninis – užtikrina ląstelės autonomiškumą, jos tarpląstelines struktūras, taip pat ryšį su kitomis ląstelėmis (audinuose). Ląstelių sienelės atlieka svarbų vaidmenį užtikrinant mechaninę funkciją, o gyvūnams – tarpląstelinę medžiagą.
• · energija – vykstant fotosintezei chloroplastuose ir ląsteliniam kvėpavimui mitochondrijose, jų membranose veikia energijos perdavimo sistemos, kuriose dalyvauja ir baltymai;
• · receptorius – kai kurie membranoje esantys baltymai yra receptoriai (molekulės, kurių pagalba ląstelė suvokia tam tikrus signalus). Pavyzdžiui, kraujyje cirkuliuojantys hormonai veikia tik tas tikslines ląsteles, kurios turi šiuos hormonus atitinkančius receptorius. Neurotransmiteriai (cheminės medžiagos, užtikrinančios nervinių impulsų laidumą) taip pat jungiasi prie specialių receptorių baltymų tikslinėse ląstelėse.
• · fermentiniai – membraniniai baltymai dažnai yra fermentai. Pavyzdžiui, žarnyno epitelio ląstelių plazminėse membranose yra virškinimo fermentų.
• · biopotencialų generavimo ir laidumo įgyvendinimas. Membranos pagalba ląstelėje palaikoma pastovi jonų koncentracija: K + jonų koncentracija ląstelės viduje yra daug didesnė nei išorėje, o Na + koncentracija yra daug mažesnė, o tai labai svarbu, nes užtikrina potencialų skirtumo membranoje palaikymą ir nervinio impulso generavimą.
• · ląstelių žymėjimas – ant membranos yra antigenų, kurie veikia kaip žymenys – „etiketės“, leidžiančios atpažinti ląstelę. Tai yra glikoproteinai (ty baltymai su šakotomis oligosacharidų šoninėmis grandinėmis), kurie atlieka „antenų“ vaidmenį. Dėl daugybės šoninių grandinių konfigūracijų kiekvienam ląstelių tipui galima sukurti specifinį žymeklį. Padedant žymenims, ląstelės gali atpažinti kitas ląsteles ir kartu su jomis veikti, pavyzdžiui, formuojant organus ir audinius. Tai taip pat leidžia imuninei sistemai atpažinti svetimus antigenus.

Kai kurios baltymų molekulės laisvai difunduoja lipidų sluoksnio plokštumoje; normalioje būsenoje skirtingose ​​ląstelės membranos pusėse atsirandančios baltymų molekulių dalys savo padėties nekeičia.

Ypatinga ląstelių membranų morfologija lemia jų elektrines charakteristikas, tarp kurių svarbiausios yra talpa ir laidumas.

Talpines savybes daugiausia lemia fosfolipidų dvisluoksnis sluoksnis, kuris yra nepralaidus hidratuotiems jonams ir tuo pačiu pakankamai plonas (apie 5 nm), kad būtų galima efektyviai atskirti ir saugoti krūvius bei elektrostatinę katijonų ir anijonų sąveiką. Be to, talpinės ląstelių membranų savybės yra viena iš priežasčių, lemiančių elektrinių procesų, vykstančių ląstelių membranose, laiko charakteristikas.

Laidumas (g) yra elektrinės varžos grįžtamasis dydis ir yra lygus tam tikro jono bendros transmembraninės srovės ir vertės, kuri nulėmė jo transmembraninio potencialo skirtumą, santykiui.

Pro fosfolipidų dvisluoksnį sluoksnį gali difunduoti įvairios medžiagos, o pralaidumo laipsnis (P), t.y. ląstelės membranos gebėjimas praleisti šias medžiagas, priklauso nuo difuzuojančios medžiagos koncentracijų skirtumo abiejose membranos pusėse, jos tirpumo. lipiduose ir ląstelės membranos savybėse. Įkrautų jonų difuzijos greitį pastovaus lauko sąlygomis membranoje lemia jonų mobilumas, membranos storis ir jonų pasiskirstymas membranoje. Neelektrolitų atveju membranos pralaidumas neturi įtakos jos laidumui, nes neelektrolitai neturi krūvių, t. y. jie negali nešti elektros srovės.

Membranos laidumas yra jos joninio pralaidumo matas. Padidėjęs laidumas rodo per membraną praeinančių jonų skaičiaus padidėjimą.

Svarbi biologinių membranų savybė yra sklandumas. Visos ląstelių membranos yra judrios skysčių struktūros: dauguma jas sudarančių lipidų ir baltymų molekulių gali gana greitai judėti membranos plokštumoje.

Ląstelės membrana (plazminė membrana) yra plona, ​​pusiau pralaidi membrana, kuri supa ląsteles.

Ląstelės membranos funkcija ir vaidmuo

Jo funkcija yra apsaugoti vidaus vientisumą, kai į ląstelę patenka kai kurių esminių medžiagų, o kitoms neleidžiama patekti.

Tai taip pat yra prisirišimo prie vienų ir prie kitų organizmų pagrindas. Taigi plazminė membrana taip pat suteikia ląstelės formą. Kita membranos funkcija yra reguliuoti ląstelių augimą per pusiausvyrą ir.

Endocitozės metu lipidai ir baltymai pašalinami iš ląstelės membranos, nes absorbuojamos medžiagos. Egzocitozės metu pūslelės, kuriose yra lipidų ir baltymų, susilieja su ląstelės membrana, padidindamos ląstelės dydį. , o grybelių ląstelės turi plazmines membranas. Pavyzdžiui, vidinės taip pat yra uždengtos apsauginėmis membranomis.

Ląstelių membranos struktūra

Plazminė membrana daugiausia sudaryta iš baltymų ir lipidų mišinio. Priklausomai nuo membranos vietos ir vaidmens organizme, lipidai gali sudaryti nuo 20 iki 80 procentų membranos, o likusią dalį sudaro baltymai. Nors lipidai padeda suteikti membranai lankstumo, baltymai kontroliuoja ir palaiko ląstelės chemiją bei padeda molekulėms pernešti per membraną.

Membraniniai lipidai

Fosfolipidai yra pagrindinis plazmos membranų komponentas. Jie sudaro lipidų dvisluoksnį sluoksnį, kuriame hidrofilinės (vandens pritrauktos) galvos sritys spontaniškai susitvarko, kad būtų nukreiptos į vandeninį citozolį ir tarpląstelinį skystį, o hidrofobinės (vandenį atstumiančios) uodegos sritys nukreiptos nuo citozolio ir tarpląstelinio skysčio. Dvigubas lipidų sluoksnis yra pusiau pralaidus, todėl tik kai kurios molekulės gali pasklisti per membraną.

Cholesterolis yra dar vienas gyvūnų ląstelių membranų lipidų komponentas. Cholesterolio molekulės selektyviai pasiskirsto tarp membraninių fosfolipidų. Tai padeda išlaikyti ląstelių membranų standumą, nes neleidžia fosfolipidams tapti per tankiais. Augalų ląstelių membranose cholesterolio nėra.

Glikolipidai yra išoriniame ląstelių membranų paviršiuje ir yra sujungti su jais angliavandenių grandine. Jie padeda ląstelei atpažinti kitas kūno ląsteles.

Membraniniai baltymai

Ląstelės membranoje yra dviejų tipų susiję baltymai. Periferinės membranos baltymai yra išoriniai ir yra susiję su ja sąveikaudami su kitais baltymais. Integraliniai membraniniai baltymai įvedami į membraną ir dauguma praeina pro ją. Dalis šių transmembraninių baltymų yra abiejose jo pusėse.

Plazmos membranos baltymai atlieka daugybę skirtingų funkcijų. Struktūriniai baltymai suteikia ląstelėms atramą ir formą. Membraninių receptorių baltymai padeda ląstelėms susisiekti su išorine aplinka naudojant hormonus, neurotransmiterius ir kitas signalines molekules. Transporto baltymai, tokie kaip rutuliniai baltymai, perneša molekules per ląstelių membranas palengvindami difuziją. Glikoproteinai turi angliavandenių grandinę. Jie yra įterpti į ląstelės membraną, padedantys keistis ir transportuoti molekules.

Žodis membrana turi daugybę reikšmių, tačiau apskritai šis terminas reiškia ploną lanksčią pertvarą, membraną ar plokštę, galinčią atlikti įvairias funkcijas. Šiame straipsnyje mes jums pasakysime, kas yra membrana biologijos ir technologijų požiūriu.

Membrana biologijoje

Membrana (arba ląstelės membrana) yra elastinga molekulinė struktūra, kurios vaidmuo yra apsaugoti ląstelę nuo aplinkos. Ląstelės membrana užtikrina jos vientisumą, taip pat yra atsakinga už medžiagų apykaitos procesus tarp aplinkos ir ląstelės.

Ląstelės membraną sudaro baltymai ir lipidai, jos storis yra apie 7 nm. Kiekvienas membranos „statybinis blokas“ yra atsakingas už tam tikrą tam tikro ląstelinio organo funkciją. Lipidai membranoje yra trijų tipų - fosfolipidai, glikolipidai ir cholesterolis.

Fosfolipidai ir glikolipidai sudaro hidrofobines ir hidrofilines dalis (hidrofobinės sekcijos nukreiptos į ląstelę, o hidrofilinės – į išorę), kurios reguliuoja vandens ir panašių molekulių mainus tarp ląstelės ir aplinkos. Cholesterolis suteikia membranai standumo.

Baltymai, sudarantys membraną, gali atlikti daugybę funkcijų, pavyzdžiui, yra transporteriniai baltymai, padedantys reikalingoms medžiagoms patekti į ląstelę.

Membrana technologijose

Apsauginė membrana yra membraninio saugos įtaiso dalis, kurios užduotis yra užtikrinti reikiamą garų ir dujų mišinio išsiskyrimą esant tam tikram slėgiui. Tokie įtaisai naudojami kaip proceso įrangos, vamzdynų ir kt. saugikliai.

Esant pavojingoms perkrovoms, membrana plyšta, suteikdama reikiamą „iškrovą“, išlaikant brangios ir sudėtingos techninės sistemos vientisumą.

Daugiau įdomių sąvokų ieškokite skyriuje.

Biologinės membranos- bendras funkciškai aktyvių paviršiaus struktūrų, jungiančių ląsteles (ląstelių arba plazmos membranas) ir tarpląstelinių organelių (mitochondrijų membranų, branduolių, lizosomų, endoplazminio tinklo ir kt.), pavadinimas. Juose yra lipidų, baltymų, nevienalyčių molekulių (glikoproteinų, glikolipidų) ir, priklausomai nuo atliekamos funkcijos, daugybė smulkių komponentų: kofermentų, nukleorūgščių, antioksidantų, karotinoidų, neorganinių jonų ir kt.

Koordinuotas membraninių sistemų – receptorių, fermentų, transportavimo mechanizmų – funkcionavimas padeda palaikyti ląstelių homeostazę ir tuo pačiu greitai reaguoti į išorinės aplinkos pokyčius.

KAM Pagrindinės biologinių membranų funkcijos galima priskirti:

· ląstelės atskyrimas nuo aplinkos ir tarpląstelinių skyrių (kompartmentų) susidarymas;

· kontroliuoti ir reguliuoti daugybės medžiagų transportavimą per membranas;

· dalyvavimas užtikrinant tarpląstelinę sąveiką, perduodant signalus į ląstelę;

· maisto organinių medžiagų energijos pavertimas ATP molekulių cheminių ryšių energija.

Plazminės (ląstelinės) membranos molekulinė struktūra visose ląstelėse yra maždaug vienoda: ji susideda iš dviejų lipidų molekulių sluoksnių su daugybe specifinių baltymų. Kai kurie membraniniai baltymai pasižymi fermentiniu aktyvumu, o kiti suriša maistines medžiagas iš aplinkos ir perneša jas į ląstelę per membranas. Membraniniai baltymai išsiskiria savo ryšio su membraninėmis struktūromis pobūdžiu. Kai kurie baltymai vadinami išorinis arba periferinis , yra laisvai surišti su membranos paviršiumi, kiti, vadinami vidinis arba vientisas , panardintas į membranos vidų. Periferiniai baltymai yra lengvai ekstrahuojami, o vientisus baltymus galima išskirti tik naudojant ploviklius arba organinius tirpiklius. Fig. 4 paveiksle parodyta plazminės membranos struktūra.

Daugelio ląstelių išorinės, arba plazminės, membranos, taip pat tarpląstelinių organelių, pavyzdžiui, mitochondrijų, chloroplastų, membranos buvo išskirtos laisvoje formoje ir ištirta jų molekulinė sudėtis. Visose membranose yra nuo 20 iki 80% poliarinių lipidų, priklausomai nuo membranos tipo, likusi dalis yra daugiausia baltymai. Taigi, gyvūnų ląstelių plazmos membranose baltymų ir lipidų kiekis, kaip taisyklė, yra maždaug vienodas; vidinėje mitochondrijų membranoje yra apie 80% baltymų ir tik 20% lipidų, o smegenų ląstelių mielininėse membranose, atvirkščiai, yra apie 80% lipidų ir tik 20% baltymų.

Ryžiai. 4. Plazminės membranos sandara

Lipidinė membranos dalis yra įvairių tipų polinių lipidų mišinys. Poliniai lipidai, įskaitant fosfoglicerolipidus, sfingolipidus ir glikolipidus, nėra kaupiami riebalų ląstelėse, bet yra integruoti į ląstelių membranas ir griežtai apibrėžtomis proporcijomis.

Visi poliniai lipidai membranose nuolat atnaujinami medžiagų apykaitos procese normaliomis sąlygomis, ląstelėje nusistovi dinaminė stacionari būsena, kurioje lipidų sintezės greitis lygus jų skilimo greičiui.

Gyvūnų ląstelių membranose daugiausia yra fosfoglicerolipidų ir, kiek mažiau, sfingolipidų; triacilglicerolių randama tik nedideliais kiekiais. Kai kuriose gyvūnų ląstelių membranose, ypač išorinėje plazminėje membranoje, yra daug cholesterolio ir jo esterių (5 pav.).

5 pav. Membraniniai lipidai

Šiuo metu visuotinai priimtas membranos struktūros modelis yra skystosios mozaikos modelis, kurį 1972 metais pasiūlė S. Singeris ir J. Nicholsonas.

Pagal jį baltymus galima prilyginti ledkalniams, plaukiojantiems lipidinėje jūroje. Kaip minėta aukščiau, yra 2 tipų membraniniai baltymai: integraliniai ir periferiniai. Integraliniai baltymai prasiskverbia per membraną; amfipatinės molekulės. Periferiniai baltymai neprasiskverbia pro membraną ir yra mažiau su ja surišti. Pagrindinė ištisinė membranos dalis, tai yra jos matrica, yra poliarinis lipidų dvisluoksnis sluoksnis. Esant normaliai ląstelių temperatūrai, matrica yra skystos būsenos, kurią užtikrina tam tikras sočiųjų ir nesočiųjų riebalų rūgščių santykis poliarinių lipidų hidrofobinėse uodegose.

Skysčio mozaikos modelyje taip pat daroma prielaida, kad membranoje esančių vientisų baltymų paviršiuje yra aminorūgščių liekanų R grupės (daugiausia hidrofobinės grupės, dėl kurių baltymai tarsi „tirpsta“ centrinėje hidrofobinėje dvisluoksnio dalyje). ). Tuo pačiu metu periferinių arba išorinių baltymų paviršiuje daugiausia yra hidrofilinių R grupių, kurias dėl elektrostatinių jėgų traukia hidrofiliškai įkrautos lipidų polinės galvutės. Integraliniai baltymai, apimantys fermentus ir transportinius baltymus, yra aktyvūs tik esantys hidrofobinėje dvisluoksnio dalyje, kur įgyja aktyvumo pasireiškimui būtiną erdvinę konfigūraciją (6 pav.). Dar kartą reikia pabrėžti, kad kovalentiniai ryšiai nesusidaro nei tarp dvisluoksnio molekulių, nei tarp dvisluoksnio baltymų ir lipidų.

6 pav. Membraniniai baltymai

Membraniniai baltymai gali laisvai judėti šoninėje plokštumoje. Periferiniai baltymai tiesiogine prasme plūduriuoja dvisluoksnės „jūros“ paviršiuje, o vientisieji baltymai, kaip ledkalniai, beveik visiškai panardinami į angliavandenilio sluoksnį.

Dažniausiai membranos yra asimetriškos, tai yra, jos turi nelygias puses. Ši asimetrija pasireiškia taip:

· pirma, kad bakterijų ir gyvūnų ląstelių plazminės membranos vidinė ir išorinė pusės skiriasi polinių lipidų sudėtimi. Pavyzdžiui, žmogaus eritrocitų membranų vidiniame lipidiniame sluoksnyje daugiausia yra fosfatidiletanolamino ir fosfatidilserino, o išoriniame sluoksnyje yra fosfatidilcholino ir sfingomielino.

Antra, kai kurios transporto sistemos membranose veikia tik viena kryptimi. Pavyzdžiui, eritrocitų membranose yra transporto sistema („siurblys“), kuri pumpuoja Na + jonus iš ląstelės į aplinką, o K + jonus į ląstelę dėl energijos, išsiskiriančios ATP hidrolizės metu.

· trečia, išoriniame plazmos membranos paviršiuje yra labai daug oligosacharidinių grupių, kurios yra glikoproteinų glikolipidų galvutės ir oligosacharidinės šoninės grandinės, o plazmos membranos vidiniame paviršiuje oligosacharidinių grupių praktiškai nėra.

Biologinių membranų asimetrija išlaikoma dėl to, kad atskirų fosfolipidų molekulių perkėlimas iš vienos lipidų dvisluoksnio pusės į kitą yra labai sunkus dėl energetinių priežasčių. Poliarinė lipidų molekulė gali laisvai judėti savo dvisluoksnio sluoksnio pusėje, tačiau jos galimybė peršokti į kitą pusę yra ribota.

Lipidų judrumas priklauso nuo santykinio esamų nesočiųjų riebalų rūgščių kiekio ir rūšies. Riebalų rūgščių grandinių angliavandenilių prigimtis suteikia membranai sklandumo ir mobilumo savybes. Esant cis-nesočiųjų riebalų rūgščių sanglaudos jėgos tarp grandinių yra silpnesnės nei vien tik sočiųjų riebalų rūgščių atveju, o lipidai išlieka labai judrūs net esant žemai temperatūrai.

Membranų išorėje yra specifinės atpažinimo sritys, kurių funkcija yra atpažinti tam tikrus molekulinius signalus. Pavyzdžiui, būtent per membraną kai kurios bakterijos suvokia nedidelius maistinės medžiagos koncentracijos pokyčius, o tai skatina jų judėjimą maisto šaltinio link; šis reiškinys vadinamas chemotaksė.

Įvairių ląstelių ir tarpląstelinių organelių membranos turi tam tikrą specifiškumą dėl savo struktūros, cheminės sudėties ir funkcijų. Išskiriamos šios pagrindinės eukariotinių organizmų membranų grupės:

plazmos membrana (išorinė ląstelės membrana, plazmolema),

· branduolinė membrana,

endoplazminis tinklas,

Golgi aparato membranos, mitochondrijos, chloroplastai, mielino apvalkalai,

jaudinamos membranos.

Prokariotiniuose organizmuose, be plazminės membranos, yra ir intracitoplazminių membranų darinių heterotrofiniuose prokariotuose mezosomos. Pastarosios susidaro įsiskverbus į išorinę ląstelės membraną ir kai kuriais atvejais išlaiko ryšį su ja.

Raudonųjų kraujo kūnelių membrana susideda iš baltymų (50%), lipidų (40%) ir angliavandenių (10%). Didžioji dalis angliavandenių (93%) yra susijusi su baltymais, likusi dalis su lipidais. Membranoje lipidai yra išsidėstę asimetriškai, priešingai nei simetriškai išsidėstę micelėse. Pavyzdžiui, cefalinas daugiausia randamas vidiniame lipidų sluoksnyje. Ši asimetrija, matyt, išlaikoma dėl skersinio fosfolipidų judėjimo membranoje, atliekamo membranos baltymų pagalba, ir dėl medžiagų apykaitos energijos. Vidiniame eritrocitų membranos sluoksnyje daugiausia yra sfingomielino, fosfatidiletanolamino, fosfatidilserino, o išoriniame – fosfatidilcholino. Raudonųjų kraujo kūnelių membranoje yra vientisas glikoproteinas glikoforinas, susidedantis iš 131 aminorūgšties liekanų ir prasiskverbiantis pro membraną, ir vadinamasis juostos 3 baltymas, susidedantis iš 900 aminorūgščių liekanų. Glikoforino angliavandenių komponentai atlieka gripo virusų, fitohemagliutininų ir daugelio hormonų receptorių funkciją. Kitas integruotas baltymas buvo rastas eritrocitų membranoje, turintis mažai angliavandenių ir prasiskverbiantis pro membraną. Jie jį vadina tunelio baltymas(a komponentas), nes manoma, kad jis sudaro anijonų kanalą. Periferinis baltymas, susijęs su vidine eritrocitų membranos puse, yra spektras.

Mielino membranos , supantys neuronų aksonus, yra daugiasluoksniai, juose yra daug lipidų (apie 80 proc., pusė jų yra fosfolipidai). Šių membranų baltymai yra svarbūs fiksuojant viršutines membranos druskas.

Chloroplastų membranos. Chloroplastai yra padengti dviejų sluoksnių membrana. Išorinė membrana turi tam tikrų panašumų su mitochondrijomis. Be šios paviršiaus membranos, chloroplastai turi vidinę membranos sistemą - lamelės. Iš lamelių susidaro arba suplotos pūslelės – tilakoidai, kurie, išsidėstę vienas virš kito, surenkami į paketus (granas), arba sudaro stromos membranų sistemą (stomos lamelės). Išorinėje tilakoidinės membranos pusėje esančios granos ir stromos lamelės yra koncentruotos hidrofilinės grupės, galakto- ir sulfolipidai. Chlorofilo molekulės fitolinė dalis yra panardinta į rutuliuką ir liečiasi su hidrofobinėmis baltymų ir lipidų grupėmis. Chlorofilo porfirino branduoliai daugiausia yra lokalizuoti tarp besiliečiančių granatilakoidų membranų.

Vidinė (citoplazminė) bakterijų membrana jo struktūra panaši į vidines chloroplastų ir mitochondrijų membranas. Jame yra lokalizuoti kvėpavimo grandinės fermentai ir aktyvus transportas; fermentai, dalyvaujantys formuojant membranos komponentus. Vyraujantis bakterijų membranų komponentas yra baltymai: baltymų ir lipidų santykis (pagal svorį) yra 3:1. Išorinėje gramneigiamų bakterijų membranoje, palyginti su citoplazmine membrana, yra mažesnis įvairių fosfolipidų ir baltymų kiekis. Abi membranos skiriasi lipidų sudėtimi. Išorinėje membranoje yra baltymų, kurie sudaro poras, kad prasiskverbtų daugelis mažos molekulinės masės medžiagų. Būdingas išorinės membranos komponentas taip pat yra specifinis lipopolisacharidas. Nemažai išorinių membranų baltymų tarnauja kaip fagų receptoriai.

Viruso membrana. Tarp virusų membranos struktūros būdingos tiems, kuriuose yra nukleokapsidė, kurią sudaro baltymai ir nukleorūgštys. Šią virusų „šerdį“ supa membrana (apvalkalas). Jis taip pat susideda iš lipidų dvigubo sluoksnio su įterptais glikoproteinais, esančiais daugiausia membranos paviršiuje. Daugelyje virusų (mikrovirusų) 70–80% visų baltymų yra nukleokapsidėje.

Taigi, ląstelių membranos yra labai sudėtingos struktūros; juos sudarantys molekuliniai kompleksai sudaro tvarkingą dvimatę mozaiką, kuri suteikia membranos paviršiui biologinį specifiškumą.