Ląstelė– savireguliuojantis audinių ir organų struktūrinis ir funkcinis vienetas. Ląstelinę organų ir audinių struktūros teoriją sukūrė Schleidenas ir Schwannas 1839 m. Vėliau elektroninės mikroskopijos ir ultracentrifugavimo pagalba pavyko išsiaiškinti visų pagrindinių gyvūnų ir augalų ląstelių organelių struktūrą (1 pav.). 1).
Ryžiai. 1. Gyvūno ląstelės sandaros schema
Pagrindinės ląstelės dalys yra citoplazma ir branduolys. Kiekviena ląstelė yra apsupta labai plona membrana, kuri riboja jos turinį.
Ląstelės membrana vadinama plazminė membrana ir pasižymi selektyviniu pralaidumu. Ši savybė leidžia būtinoms maistinėms medžiagoms ir cheminiams elementams prasiskverbti į ląstelę, o produktų perteklius iš jos išeiti. Plazminę membraną sudaro du lipidų molekulių sluoksniai, kuriuose yra specifinių baltymų. Pagrindiniai membranos lipidai yra fosfolipidai. Juose yra fosforo, poliarinės galvutės ir dvi nepolinės ilgos grandinės riebalų rūgščių uodegėlės. Membraniniai lipidai apima cholesterolį ir cholesterolio esterius. Remiantis skystos mozaikos struktūros modeliu, membranose yra baltymų ir lipidų molekulių, kurios gali maišytis dvisluoksnio sluoksnio atžvilgiu. Kiekvienas bet kurios gyvūninės ląstelės membranos tipas turi savo santykinai pastovią lipidų sudėtį.
Membraniniai baltymai pagal struktūrą skirstomi į du tipus: integralinius ir periferinius. Periferiniai baltymai gali būti pašalinti iš membranos jos nesunaikinant. Yra keturių tipų membraniniai baltymai: transportiniai baltymai, fermentai, receptoriai ir struktūriniai baltymai. Kai kurie membraniniai baltymai pasižymi fermentiniu aktyvumu, kiti suriša tam tikras medžiagas ir palengvina jų transportavimą į ląstelę. Baltymai suteikia keletą būdų medžiagoms judėti per membranas: jie sudaro dideles poras, susidedančias iš kelių baltymų subvienetų, kurios leidžia vandens molekulėms ir jonams judėti tarp ląstelių; sudaryti jonų kanalus, specializuotus tam tikros rūšies jonų judėjimui per membraną tam tikromis sąlygomis. Struktūriniai baltymai yra susiję su vidiniu lipidų sluoksniu ir sudaro ląstelės citoskeletą. Citoskeletas suteikia ląstelės membranai mechaninį stiprumą. Įvairiose membranose baltymai sudaro nuo 20 iki 80% masės. Membraniniai baltymai gali laisvai judėti šoninėje plokštumoje.
Membranoje taip pat yra angliavandenių, kurie gali būti kovalentiškai susieti su lipidais arba baltymais. Yra trijų tipų membraniniai angliavandeniai: glikolipidai (gangliozidai), glikoproteinai ir proteoglikanai. Dauguma membraninių lipidų yra skystos būsenos ir turi tam tikrą takumą, t.y. galimybė pereiti iš vienos srities į kitą. Išorinėje membranos pusėje yra receptorių vietos, kurios suriša įvairius hormonus. Kitos specifinės membranos sritys negali atpažinti ir surišti tam tikrų šioms ląstelėms svetimų baltymų ir įvairių biologiškai aktyvių junginių.
Vidinė ląstelės erdvė užpildyta citoplazma, kurioje vyksta dauguma fermentų katalizuojamų ląstelių metabolizmo reakcijų. Citoplazma susideda iš dviejų sluoksnių: vidinio, vadinamo endoplazma, ir periferinio, ektoplazmos, kuri turi didelį klampumą ir kurioje nėra granulių. Citoplazmoje yra visi ląstelės ar organelės komponentai. Svarbiausios iš ląstelių organelių yra endoplazminis tinklas, ribosomos, mitochondrijos, Golgi aparatas, lizosomos, mikrofilamentai ir mikrovamzdeliai, peroksisomos.
Endoplazminis tinklas yra tarpusavyje sujungtų kanalų ir ertmių sistema, prasiskverbianti per visą citoplazmą. Jis užtikrina medžiagų transportavimą iš aplinkos ir ląstelių viduje. Endoplazminis tinklas taip pat tarnauja kaip intracelulinių Ca 2+ jonų depas ir yra pagrindinė lipidų sintezės vieta ląstelėje.
Ribosomos - mikroskopinės sferinės dalelės, kurių skersmuo 10-25 nm. Ribosomos laisvai išsidėsčiusios citoplazmoje arba prisitvirtinusios prie išorinio endoplazminio tinklo ir branduolinės membranos membranų paviršiaus. Jie sąveikauja su pasiuntinio ir transportavimo RNR, juose vyksta baltymų sintezė. Jie sintetina baltymus, kurie patenka į cisternas arba Golgi aparatą ir išleidžiami į lauką. Ribosomos, laisvai išsidėsčiusios citoplazmoje, sintetina baltymus, kad juos galėtų naudoti pati ląstelė, o ribosomos, susietos su endoplazminiu tinklu, gamina baltymus, kurie išsiskiria iš ląstelės. Ribosomos sintetina įvairius funkcinius baltymus: nešiklius, fermentus, receptorius, citoskeleto baltymus.
Golgi aparatas sudaryta iš kanalėlių, cisternų ir pūslelių sistemos. Jis yra susijęs su endoplazminiu tinkleliu, o čia patekusios biologiškai aktyvios medžiagos sutankintos kaupiamos sekrecinėse pūslelėse. Pastarieji nuolat atskiriami nuo Golgi aparato, pernešami į ląstelės membraną ir su ja susilieja, o pūslelėse esančios medžiagos iš ląstelės pašalinamos egzocitozės būdu.
Lizosomos - membrana apgaubtos 0,25-0,8 mikrono dydžio dalelės. Juose yra daug fermentų, dalyvaujančių skaidant baltymus, polisacharidus, riebalus, nukleino rūgštis, bakterijas ir ląsteles.
Peroksisomos susidaro iš lygaus endoplazminio tinklo, primena lizosomas ir turi fermentų, kurie katalizuoja vandenilio peroksido, kuris skaidomas veikiant peroksidazėms ir katalazei, skilimą.
Mitochondrijos turi išorines ir vidines membranas ir yra ląstelės „energijos stotis“. Mitochondrijos yra apvalios arba pailgos struktūros su dviguba membrana. Vidinė membrana formuoja raukšles, išsikišusias į mitochondrijas – cristae. Juose vyksta ATP sintezė, Krebso ciklo substratų oksidacija ir daug biocheminių reakcijų. Mitochondrijose gaminamos ATP molekulės pasklinda visose ląstelės dalyse. Mitochondrijose yra nedidelis kiekis DNR, RNR ir ribosomų, o jiems dalyvaujant atsinaujina ir sintezuojasi naujos mitochondrijos.
Mikrofilamentai Jie yra ploni baltymų gijos, susidedančios iš miozino ir aktino ir sudaro ląstelės susitraukimo aparatą. Mikrofilamentai dalyvauja formuojant ląstelės membranos raukšles ar išsikišimus, taip pat dalyvaujant įvairių struktūrų judėjimui ląstelėse.
Mikrovamzdeliai sudaro citoskeleto pagrindą ir suteikia jam tvirtumo. Citoskeletas suteikia ląstelėms būdingą išvaizdą ir formą bei yra vieta, kur pritvirtinami tarpląsteliniai organeliai ir įvairūs kūneliai. Nervinėse ląstelėse mikrovamzdelių ryšuliai dalyvauja pernešant medžiagas iš ląstelės kūno į aksonų galus. Jiems dalyvaujant, ląstelių dalijimosi metu veikia mitozinis velenas. Jie atlieka motorinių elementų vaidmenį eukariotų gaurelėse ir žvyneliais.
Šerdis yra pagrindinė ląstelės struktūra, dalyvauja perduodant paveldimus požymius ir baltymų sintezėje. Branduolys yra apsuptas branduolio membrana, kurioje yra daug branduolio porų, per kurias tarp branduolio ir citoplazmos keičiasi įvairios medžiagos. Jo viduje yra branduolys. Nustatytas svarbus branduolio vaidmuo ribosomų RNR ir histono baltymų sintezėje. Likusiose branduolio dalyse yra chromatino, susidedančio iš DNR, RNR ir daugybės specifinių baltymų.
Ląstelės membranos funkcijos
Ląstelių membranos vaidina lemiamą vaidmenį reguliuojant tarpląstelinį ir tarpląstelinį metabolizmą. Jie turi selektyvų pralaidumą. Jų specifinė struktūra leidžia jiems atlikti barjerines, transportavimo ir reguliavimo funkcijas.
Barjerinė funkcija pasireiškia vandenyje ištirpusių junginių prasiskverbimo per membraną ribojimu. Membrana yra nepralaidi didelėms baltymų molekulėms ir organiniams anijonams.
Reguliavimo funkcija membranos yra skirtos reguliuoti ląstelių metabolizmą reaguojant į cheminius, biologinius ir mechaninius poveikius. Įvairius poveikius suvokia specialūs membranos receptoriai, vėliau pasikeičia fermentų aktyvumas.
Transporto funkcija per biologines membranas gali būti vykdomas pasyviai (difuzija, filtravimas, osmosas) arba naudojant aktyvų transportą.
difuzija - dujų arba tirpios medžiagos judėjimas pagal koncentraciją ir elektrocheminį gradientą. Difuzijos greitis priklauso nuo ląstelės membranos pralaidumo, taip pat nuo neįkrautų dalelių koncentracijos gradiento ir įkrautų dalelių elektrinio ir koncentracijos gradiento. Paprasta difuzija atsiranda per lipidų dvisluoksnį arba per kanalus. Įkrautos dalelės juda pagal elektrocheminį gradientą, o neįkrautos – pagal cheminį gradientą. Pavyzdžiui, pro membranos lipidinį sluoksnį paprastos difuzijos būdu prasiskverbia deguonis, steroidiniai hormonai, karbamidas, alkoholis ir kt. Kanalais juda įvairūs jonai ir dalelės. Jonų kanalus sudaro baltymai ir jie skirstomi į uždarytus ir neribotus kanalus. Priklausomai nuo selektyvumo, skiriami jonams selektyvūs kabeliai, per kuriuos praeina tik vienas jonas, ir kanalai, kurie neturi selektyvumo. Kanalai turi angą ir selektyvų filtrą, o valdomi kanalai turi vartų mechanizmą.
Supaprastinta difuzija - procesas, kurio metu medžiagos pernešamos per membraną naudojant specialius membranos transportavimo baltymus. Tokiu būdu aminorūgštys ir monosacharidai prasiskverbia į ląstelę. Tokio tipo transportas vyksta labai greitai.
Osmosas - vandens judėjimas per membraną iš tirpalo su mažesniu į tirpalą su didesniu osmosiniu slėgiu.
Aktyvus transportas - medžiagų transportavimas pagal koncentracijos gradientą, naudojant transportavimo ATPazes (joninius siurblius). Šis perdavimas įvyksta sunaudojant energiją.
Na + /K + -, Ca 2+ - ir H + -siurbliai buvo ištirti plačiau. Siurbliai yra ant ląstelių membranų.
Aktyvaus transporto rūšis yra endocitozė Ir egzocitozė. Naudojant šiuos mechanizmus, pernešamos didesnės medžiagos (baltymai, polisacharidai, nukleino rūgštys), kurių negalima transportuoti kanalais. Šis transportas dažniau pasireiškia žarnyno epitelio ląstelėse, inkstų kanalėliuose ir kraujagyslių endotelyje.
At Endocitozės metu ląstelių membranos formuoja invaginacijas į ląstelę, kurios, išsilaisvinusios, virsta pūslelėmis. Egzocitozės metu pūslelės su jų turiniu perkeliamos į ląstelės membraną ir susilieja su ja, o pūslelių turinys išleidžiamas į tarpląstelinę aplinką.
Ląstelės membranos struktūra ir funkcijos
Norint suprasti procesus, užtikrinančius elektrinių potencialų egzistavimą gyvose ląstelėse, pirmiausia reikia suprasti ląstelės membranos struktūrą ir jos savybes.
Šiuo metu plačiausiai pripažintas skystos mozaikos membranos modelis, kurį 1972 m. pasiūlė S. Singeris ir G. Nicholsonas. Membranos pagrindas yra dvigubas fosfolipidų sluoksnis (dvisluoksnis), kurio hidrofobiniai molekulės fragmentai yra panardintas į membranos storį, o polinės hidrofilinės grupės yra orientuotos į išorę, tos. į supančią vandens aplinką (2 pav.).
Membraniniai baltymai yra lokalizuoti membranos paviršiuje arba gali būti įterpti į skirtingą hidrofobinės zonos gylį. Kai kurie baltymai apima membraną, o skirtingos to paties baltymo hidrofilinės grupės randamos abiejose ląstelės membranos pusėse. Plazminėje membranoje esantys baltymai atlieka labai svarbų vaidmenį: dalyvauja formuojant jonų kanalus, atlieka membraninių pompų ir įvairių medžiagų pernešėjų vaidmenį, taip pat gali atlikti receptorių funkciją.
Pagrindinės ląstelės membranos funkcijos: barjerinė, transportinė, reguliacinė, katalizinė.
Barjerinė funkcija – apriboti vandenyje tirpių junginių difuziją per membraną, o tai būtina norint apsaugoti ląsteles nuo pašalinių, toksiškų medžiagų ir palaikyti gana pastovų įvairių medžiagų kiekį ląstelių viduje. Taigi, ląstelės membrana gali sulėtinti įvairių medžiagų difuziją 100 000-10 000 000 kartų.
Ryžiai. 2. Singer-Nicholson membranos skysčio-mozaikinio modelio trimatė schema
Pavaizduoti rutuliniai integraliniai baltymai, įterpti į lipidų dvigubą sluoksnį. Kai kurie baltymai yra jonų kanalai, kiti (glikoproteinai) turi oligosacharidų šoninių grandinių, kurios dalyvauja atpažįstant ląsteles tarpusavyje ir tarpląsteliniame audinyje. Cholesterolio molekulės yra glaudžiai greta fosfolipidų galvučių ir fiksuoja gretimas „uodegos“ dalis. Vidinės fosfolipidų molekulės uodegos dalys nėra ribojamos savo judėjimu ir yra atsakingos už membranos sklandumą (Bretscher, 1985).
Membranoje yra kanalų, per kuriuos prasiskverbia jonai. Kanalai gali būti priklausomi nuo įtampos arba nepriklausomi nuo potencialo. Nuo įtampos priklausomi kanalai atidaryti, kai pasikeičia potencialų skirtumas, ir potencialus nepriklausomas(reguliuojamas hormonais) atsidaro, kai receptoriai sąveikauja su medžiagomis. Vartelių dėka kanalus galima atidaryti arba uždaryti. Į membraną įmontuoti dviejų tipų vartai: aktyvinimas(giliai kanale) ir inaktyvavimas(ant kanalo paviršiaus). Vartai gali būti vienoje iš trijų būsenų:
- atvira būsena (atviri abiejų tipų vartai);
- uždara būsena (uždarytas aktyvavimo vartai);
- inaktyvavimo būsena (inaktyvavimo vartai uždaryti).
Kitas būdingas membranų bruožas yra galimybė selektyviai transportuoti neorganinius jonus, maistines medžiagas ir įvairius medžiagų apykaitos produktus. Yra pasyvaus ir aktyvaus medžiagų perdavimo (transportavimo) sistemos. Pasyvus transportavimas vyksta jonų kanalais su baltymų nešiklio pagalba arba be jo, o jo varomoji jėga yra jonų elektrocheminių potencialų skirtumas tarp vidinės ir ekstraląstelinės erdvės. Jonų kanalų selektyvumą lemia jo geometriniai parametrai ir kanalo sieneles bei jo žiotis išklojančių grupių cheminė prigimtis.
Šiuo metu labiausiai ištirti kanalai, kurie yra selektyviai pralaidūs Na +, K +, Ca 2+ jonams ir vandeniui (vadinamieji akvaporinai). Jonų kanalų skersmuo, įvairių tyrimų duomenimis, yra 0,5-0,7 nm. Kanalo talpa gali skirtis 10 7 - 10 8 jonai per sekundę, vienu jonų kanalu.
Aktyvus transportavimas vyksta naudojant energiją ir yra vykdomas vadinamaisiais jonų siurbliais. Jonų siurbliai yra molekulinės baltymų struktūros, įterptos į membraną, pernešančios jonus į didesnį elektrocheminį potencialą.
Siurbliai veikia naudojant ATP hidrolizės energiją. Šiuo metu Na+/K+ - ATPazė, Ca 2+ - ATPazė, H + - ATPazė, H + /K + - ATPazė, Mg 2+ - ATPazė, kurios užtikrina atitinkamai Na +, K +, Ca 2+ jonų judėjimą. , yra gerai ištirtos , H+, Mg 2+ izoliuoti arba konjuguoti (Na+ ir K+; H+ ir K+). Aktyvaus transportavimo molekulinis mechanizmas nėra visiškai suprantamas.
Pagrindinis gyvo organizmo struktūrinis vienetas yra ląstelė, kuri yra diferencijuota citoplazmos dalis, apsupta ląstelės membranos. Dėl to, kad ląstelė atlieka daug svarbių funkcijų, tokių kaip dauginimasis, mityba, judėjimas, membrana turi būti plastiška ir tanki.
Ląstelės membranos atradimo ir tyrimų istorija
1925 m. Grendelis ir Gorderis atliko sėkmingą eksperimentą, siekdami nustatyti raudonųjų kraujo kūnelių „šešėlius“ arba tuščias membranas. Nepaisant kelių klaidų, mokslininkai atrado lipidų dvigubą sluoksnį. Jų darbą tęsė Danielli, Dawsonas 1935 m., o Robertsonas 1960 m. Daug metų trukusio darbo ir besikaupiančių argumentų dėka 1972 m. Singeris ir Nicholsonas sukūrė skysčio mozaikinį membranos struktūros modelį. Tolesni eksperimentai ir tyrimai patvirtino mokslininkų darbus.
Reikšmė
Kas yra ląstelės membrana? Šis žodis pradėtas vartoti daugiau nei prieš šimtą metų, išvertus iš lotynų kalbos, reiškia „plėvelė“, „oda“. Taip pažymima ląstelės riba, kuri yra natūrali kliūtis tarp vidinio turinio ir išorinės aplinkos. Ląstelės membranos struktūra reiškia pusiau pralaidumą, dėl kurios drėgmė ir maistinės medžiagos bei skilimo produktai gali laisvai praeiti pro ją. Šis apvalkalas gali būti vadinamas pagrindiniu ląstelės organizacijos struktūriniu komponentu.
Panagrinėkime pagrindines ląstelės membranos funkcijas
1. Atskiria vidinį ląstelės turinį ir išorinės aplinkos komponentus.
2. Padeda palaikyti pastovią ląstelės cheminę sudėtį.
3. Reguliuoja tinkamą medžiagų apykaitą.
4. Užtikrina ryšį tarp ląstelių.
5. Atpažįsta signalus.
6. Apsaugos funkcija.
"Plazmos apvalkalas"
Išorinė ląstelės membrana, dar vadinama plazmine membrana, yra ultramikroskopinė plėvelė, kurios storis svyruoja nuo penkių iki septynių nanomilimetrų. Jį daugiausia sudaro baltymų junginiai, fosfolidai ir vanduo. Plėvelė elastinga, lengvai sugeria vandenį, po pažeidimo greitai atkuria vientisumą.
Jis turi universalią struktūrą. Ši membrana užima ribinę padėtį, dalyvauja selektyvaus pralaidumo, skilimo produktų šalinimo procese ir juos sintetina. Santykiai su „kaimynais“ ir patikima vidinio turinio apsauga nuo pažeidimų daro jį svarbiu komponentu tokiame dalyke kaip ląstelės struktūra. Gyvūnų organizmų ląstelių membrana kartais yra padengta plonu sluoksniu – glikokaliksu, kuriame yra baltymų ir polisacharidų. Augalų ląstelės už membranos yra apsaugotos ląstelės sienele, kuri tarnauja kaip atrama ir palaiko formą. Pagrindinis jo sudėties komponentas yra pluoštas (celiuliozė) - polisacharidas, netirpus vandenyje.
Taigi išorinė ląstelės membrana atlieka taisymo, apsaugos ir sąveikos su kitomis ląstelėmis funkciją.
Ląstelės membranos struktūra
Šio kilnojamojo apvalkalo storis svyruoja nuo šešių iki dešimties nanomilimetrų. Ląstelės ląstelės membrana turi ypatingą sudėtį, kurios pagrindas yra lipidų dvisluoksnis sluoksnis. Hidrofobinės uodegos, inertiškos vandeniui, yra viduje, o hidrofilinės galvutės, sąveikaujančios su vandeniu, yra nukreiptos į išorę. Kiekvienas lipidas yra fosfolipidas, atsirandantis dėl medžiagų, tokių kaip glicerolis ir sfingozinas, sąveikos. Lipidų karkasą glaudžiai supa baltymai, išsidėstę nenutrūkstamu sluoksniu. Dalis jų yra panardintos į lipidų sluoksnį, likusieji praeina pro jį. Dėl to susidaro vandeniui laidžios zonos. Šių baltymų atliekamos funkcijos yra skirtingos. Dalis jų – fermentai, kiti – transportiniai baltymai, pernešantys įvairias medžiagas iš išorinės aplinkos į citoplazmą ir atgal.
Ląstelės membrana yra persmelkta ir glaudžiai sujungta integraliniais baltymais, o ryšys su periferiniais yra ne toks stiprus. Šie baltymai atlieka svarbią funkciją – palaiko membranos struktūrą, priima ir konvertuoja signalus iš aplinkos, transportuoja medžiagas, katalizuoja membranose vykstančias reakcijas.
Junginys
Ląstelės membranos pagrindas yra bimolekulinis sluoksnis. Dėl savo tęstinumo ląstelė turi barjerines ir mechanines savybes. Skirtingais gyvenimo etapais šis dvisluoksnis gali būti sutrikęs. Dėl to susidaro per hidrofilinių porų struktūriniai defektai. Tokiu atveju gali pasikeisti absoliučiai visos tokio komponento kaip ląstelės membranos funkcijos. Šerdis gali nukentėti nuo išorinių poveikių.
Savybės
Ląstelės ląstelės membrana turi įdomių savybių. Dėl savo sklandumo ši membrana nėra standi struktūra, o didžioji dalis ją sudarančių baltymų ir lipidų laisvai juda membranos plokštumoje.
Apskritai ląstelės membrana yra asimetriška, todėl skiriasi baltymų ir lipidų sluoksnių sudėtis. Gyvūnų ląstelių plazminės membranos išorinėje pusėje turi glikoproteinų sluoksnį, kuris atlieka receptorių ir signalizacijos funkcijas, taip pat atlieka svarbų vaidmenį ląstelių sujungimo į audinį procese. Ląstelės membrana yra polinė, tai yra, išorinis krūvis yra teigiamas, o viduje - neigiamas. Be visų pirmiau minėtų dalykų, ląstelės membrana turi selektyvią įžvalgą.
Tai reiškia, kad, be vandens, į ląstelę įleidžiama tik tam tikra molekulių grupė ir ištirpusių medžiagų jonai. Tokios medžiagos kaip natris koncentracija daugumoje ląstelių yra daug mažesnė nei išorinėje aplinkoje. Kalio jonai turi skirtingą santykį: jų kiekis ląstelėje yra daug didesnis nei aplinkoje. Šiuo atžvilgiu natrio jonai linkę prasiskverbti į ląstelės membraną, o kalio jonai linkę išsiskirti išorėje. Esant tokioms aplinkybėms, membrana įjungia specialią sistemą, kuri atlieka „siurbimo“ vaidmenį, išlygindama medžiagų koncentraciją: natrio jonai pumpuojami į ląstelės paviršių, o kalio jonai pumpuojami į vidų. Ši savybė yra viena iš svarbiausių ląstelės membranos funkcijų.
Ši natrio ir kalio jonų tendencija judėti į vidų nuo paviršiaus vaidina svarbų vaidmenį transportuojant cukrų ir aminorūgštis į ląstelę. Aktyvaus natrio jonų pašalinimo iš ląstelės procese membrana sukuria sąlygas naujam gliukozės ir aminorūgščių patekimui į vidų. Priešingai, kalio jonų pernešimo į ląstelę procese pasipildo skilimo produktų „nešiotojų“ skaičius iš ląstelės vidaus į išorinę aplinką.
Kaip ląstelių mityba vyksta per ląstelės membraną?
Daugelis ląstelių paima medžiagas per tokius procesus kaip fagocitozė ir pinocitozė. Pirmajame variante lanksti išorinė membrana sukuria nedidelę įdubą, į kurią patenka užfiksuota dalelė. Tada įdubos skersmuo tampa didesnis, kol uždara dalelė patenka į ląstelės citoplazmą. Fagocitozės būdu maitinami kai kurie pirmuonys, pavyzdžiui, amebos, taip pat kraujo ląstelės – leukocitai ir fagocitai. Panašiai ląstelės sugeria skystį, kuriame yra reikalingų maistinių medžiagų. Šis reiškinys vadinamas pinocitoze.
Išorinė membrana yra glaudžiai susijusi su ląstelės endoplazminiu tinklu.
Daugelio tipų pagrindinių audinių komponentų membranos paviršiuje yra išsikišimų, raukšlių ir mikrovilelių. Augalų ląstelės šio apvalkalo išorėje yra padengtos kitu, storu ir aiškiai matomu mikroskopu. Pluoštas, iš kurio jie pagaminti, padeda formuoti atramą augalų audiniams, pavyzdžiui, medienai. Gyvūnų ląstelės taip pat turi daugybę išorinių struktūrų, kurios yra ant ląstelės membranos. Jie yra išskirtinai apsauginio pobūdžio, pavyzdžiui, chitinas, esantis vabzdžių vidinėse ląstelėse.
Be ląstelių membranos, yra ir tarpląstelinė membrana. Jo funkcija yra padalinti ląstelę į keletą specializuotų uždarų skyrių – skyrių arba organelių, kuriuose turi būti palaikoma tam tikra aplinka.
Taigi neįmanoma pervertinti tokio pagrindinio gyvo organizmo vieneto komponento kaip ląstelės membranos vaidmens. Struktūra ir funkcijos rodo reikšmingą bendro ląstelės paviršiaus ploto padidėjimą ir medžiagų apykaitos procesų pagerėjimą. Šią molekulinę struktūrą sudaro baltymai ir lipidai. Atskirdama ląstelę nuo išorinės aplinkos, membrana užtikrina jos vientisumą. Su jo pagalba tarpląsteliniai ryšiai palaikomi gana stipriai, formuojant audinius. Šiuo atžvilgiu galime daryti išvadą, kad ląstelės membrana atlieka vieną iš svarbiausių vaidmenų ląstelėje. Struktūra ir jos atliekamos funkcijos skirtingose ląstelėse radikaliai skiriasi, priklausomai nuo jų paskirties. Dėl šių savybių pasiekiama įvairi ląstelių membranų fiziologinė veikla ir jų vaidmuo ląstelių ir audinių egzistavimui.
Ne paslaptis, kad visos gyvos būtybės mūsų planetoje yra sudarytos iš ląstelių, šių nesuskaičiuojamų "" organinių medžiagų. Ląstelės savo ruožtu yra apsuptos specialiu apsauginiu apvalkalu – membrana, kuri atlieka labai svarbų vaidmenį ląstelės gyvenime, o ląstelės membranos funkcijos neapsiriboja tik ląstelės apsauga, o yra kompleksas. mechanizmas, susijęs su ląstelės reprodukcija, mityba ir regeneracija.
Kas yra ląstelės membrana
Pats žodis „membrana“ iš lotynų kalbos išverstas kaip „plėvelė“, nors membrana yra ne tik tam tikra plėvelė, į kurią įvyniojama ląstelė, bet ir dviejų tarpusavyje sujungtų ir skirtingų savybių turinčių plėvelių derinys. Tiesą sakant, ląstelės membrana yra trijų sluoksnių lipoproteinų (riebalų baltymų) membrana, kuri atskiria kiekvieną ląstelę nuo gretimų ląstelių ir aplinkos bei atlieka kontroliuojamus mainus tarp ląstelių ir aplinkos. Tai yra akademinis ląstelės membranos apibrėžimas. yra.
Membranos svarba yra tiesiog didžiulė, nes ji ne tik atskiria vieną ląstelę nuo kitos, bet ir užtikrina ląstelės sąveiką tiek su kitomis ląstelėmis, tiek su aplinka.
Ląstelių membranų tyrimų istorija
Svarbų indėlį į ląstelės membranos tyrimą įnešė du vokiečių mokslininkai Gorteris ir Grendelis dar 1925 m. Tada jiems pavyko atlikti sudėtingą biologinį eksperimentą su raudonaisiais kraujo kūneliais – eritrocitais, kurio metu mokslininkai gavo vadinamuosius „šešėlius“, tuščius eritrocitų lukštus, kuriuos sukrovė į vieną krūvą ir išmatavo paviršiaus plotą, taip pat. apskaičiavo lipidų kiekį juose. Remdamiesi gautu lipidų kiekiu, mokslininkai padarė išvadą, kad jų užtenka dvigubam ląstelės membranos sluoksniui padengti.
1935 metais kita ląstelių membranų tyrinėtojų pora, šį kartą amerikiečiai Danielis ir Dawsonas, po daugybės ilgų eksperimentų nustatė baltymų kiekį ląstelės membranoje. Nebuvo kito būdo paaiškinti, kodėl membrana turėjo tokį didelį paviršiaus įtempimą. Mokslininkai sumaniai pateikė sumuštinio pavidalo ląstelės membranos modelį, kuriame duonos vaidmenį atlieka vienarūšiai lipidų-baltymų sluoksniai, o tarp jų vietoj aliejaus – tuštuma.
1950 m., atsiradus elektronikai, Danielio ir Dawsono teorija buvo patvirtinta praktiniais stebėjimais – ląstelės membranos mikrografijose buvo aiškiai matomi lipidų ir baltymų galvučių sluoksniai bei tuščia erdvė tarp jų.
1960 metais amerikiečių biologas J. Robertsonas sukūrė teoriją apie trijų sluoksnių ląstelių membranų sandarą, kuri ilgą laiką buvo laikoma vienintele teisinga, tačiau toliau tobulėjant mokslui ėmė kilti abejonių dėl jos neklystamumo. Taigi, pavyzdžiui, ląstelėms būtų sunku ir daug darbo jėgos transportuoti reikiamas maistines medžiagas per visą „sumuštinį“.
Ir tik 1972 metais amerikiečių biologai S. Singer ir G. Nicholson sugebėjo paaiškinti Robertsono teorijos neatitikimus naudodami naują skysčio mozaikinį ląstelės membranos modelį. Visų pirma, jie nustatė, kad ląstelės membrana nėra vienalytė savo sudėtimi, be to, ji yra asimetriška ir užpildyta skysčiu. Be to, ląstelės nuolat juda. Ir žinomi baltymai, kurie yra ląstelės membranos dalis, turi skirtingas struktūras ir funkcijas.
Ląstelės membranos savybės ir funkcijos
Dabar pažiūrėkime, kokias funkcijas atlieka ląstelės membrana:
Ląstelės membranos barjerinė funkcija yra membrana kaip tikroji sienos apsauga, sauganti ląstelės ribas, uždelstanti ir neleidžianti prasiskverbti kenksmingoms ar tiesiog netinkamoms molekulėms.
Ląstelės membranos transportavimo funkcija – membrana yra ne tik pasienio sargyba prie kameros vartų, bet ir savotiškas muitinės kontrolės punktas per ją nuolat keičiasi su kitomis ląstelėmis ir aplinka;
Matricos funkcija – tai ląstelės membrana, kuri nustato vietą viena kitos atžvilgiu ir reguliuoja jų tarpusavio sąveiką.
Mechaninė funkcija – atsakinga už vienos ląstelės ribojimą nuo kitos ir lygiagrečiai už teisingą ląstelių sujungimą viena su kita, už jų formavimąsi į vienalytį audinį.
Apsauginė ląstelės membranos funkcija yra ląstelės apsauginio skydo kūrimo pagrindas. Gamtoje šios funkcijos pavyzdys gali būti kieta mediena, tanki žievelė, apsauginis apvalkalas – visa tai dėl apsauginės membranos funkcijos.
Fermentinė funkcija yra dar viena svarbi funkcija, kurią atlieka tam tikri baltymai ląstelėje. Pavyzdžiui, šios funkcijos dėka žarnyno epitelyje vyksta virškinimo fermentų sintezė.
Be viso to, per ląstelės membraną vyksta ląstelių mainai, kurie gali vykti trimis skirtingomis reakcijomis:
- Fagocitozė yra ląstelių mainai, kurių metu į membraną įterptos fagocitų ląstelės fiksuoja ir virškina įvairias maistines medžiagas.
- Pinocitozė yra procesas, kurio metu ląstelės membrana sulaiko su ja besiliečiančias skystas molekules. Norėdami tai padaryti, membranos paviršiuje susidaro specialūs ūseliai, kurie tarsi apsupa skysčio lašą, sudarydami burbulą, kurį vėliau membrana „praryja“.
- Egzocitozė yra atvirkštinis procesas, kai ląstelė per membraną išskiria sekrecinį funkcinį skystį į paviršių.
Ląstelės membranos struktūra
Ląstelės membranoje yra trys lipidų klasės:
- fosfolipidai (kurie yra riebalų ir fosforo derinys),
- glikolipidai (riebalų ir angliavandenių derinys),
- cholesterolio
Fosfolipidai ir glikolipidai savo ruožtu susideda iš hidrofilinės galvutės, į kurią tęsiasi dvi ilgos hidrofobinės uodegos. Cholesterolis užima tarpą tarp šių uodegų, neleisdamas joms susilenkti, kai kuriais atvejais tam tikrų ląstelių membraną daro labai standžią. Be viso to, cholesterolio molekulės organizuoja ląstelės membranos struktūrą.
Bet kaip ten bebūtų, svarbiausia ląstelės membranos struktūros dalis yra baltymai, tiksliau – skirtingi baltymai, kurie atlieka skirtingus svarbius vaidmenis. Nepaisant membranoje esančių baltymų įvairovės, yra kažkas, kas juos vienija – žiediniai lipidai yra aplink visus membranos baltymus. Žiediniai lipidai yra specialios struktūros riebalai, kurie tarnauja kaip tam tikras apsauginis apvalkalas baltymams, be kurių jie tiesiog neveiktų.
Ląstelės membranos struktūra yra trijų sluoksnių: ląstelės membranos pagrindas yra vienalytis skystas bilipidinis sluoksnis. Baltymai dengia jį iš abiejų pusių kaip mozaika. Būtent baltymai, be aukščiau aprašytų funkcijų, taip pat atlieka savotiškų kanalų, per kuriuos pro membraną patenka medžiagos, kurios negali prasiskverbti pro skystą membranos sluoksnį, vaidmenį. Tai apima, pavyzdžiui, kalio ir natrio jonus, kad jie prasiskverbtų per membraną, todėl ląstelių membranose yra specialūs jonų kanalai. Kitaip tariant, baltymai užtikrina ląstelių membranų pralaidumą.
Jei pažvelgsime į ląstelės membraną per mikroskopą, pamatysime lipidų sluoksnį, kurį sudaro mažos sferinės molekulės, ant kurių baltymai plaukia tarsi jūroje. Dabar žinote, kokios medžiagos sudaro ląstelės membraną.
Ląstelių membranos vaizdo įrašas
Ir pabaigai mokomasis filmukas apie ląstelės membraną.
Pagal funkcines savybes ląstelės membraną galima suskirstyti į 9 jos atliekamas funkcijas.
Ląstelės membranos funkcijos:
1. Transportas. Perneša medžiagas iš ląstelės į ląstelę;
2. Barjeras. Pasižymi selektyviu pralaidumu, užtikrina reikiamą medžiagų apykaitą;
3. Receptorius. Kai kurie membranoje esantys baltymai yra receptoriai;
4. Mechaninis. Užtikrina ląstelės ir jos mechaninių struktūrų autonomiškumą;
5. Matrica. Užtikrina optimalią matricos baltymų sąveiką ir orientaciją;
6. Energija. Membranose yra energijos perdavimo sistemos ląstelių kvėpavimo metu mitochondrijose;
7. Fermentinis. Membraniniai baltymai kartais yra fermentai. Pavyzdžiui, žarnyno ląstelių membranos;
8. Žymėjimas. Membranoje yra antigenų (glikoproteinų), kurie leidžia identifikuoti ląsteles;
9. Generavimas. Atlieka biopotencialų generavimą ir laidumą.
Galite pamatyti, kaip atrodo ląstelės membrana, naudodami gyvūno arba augalo ląstelės struktūros pavyzdį.
Paveikslėlyje parodyta ląstelės membranos struktūra.
Ląstelės membranos komponentams priskiriami įvairūs ląstelės membranos baltymai (rutuliniai, periferiniai, paviršiniai), taip pat ląstelės membranos lipidai (glikolipidas, fosfolipidas). Taip pat ląstelės membranos struktūroje yra angliavandenių, cholesterolio, glikoproteinų ir baltymų alfa spiralės.
Ląstelių membranos sudėtis
Pagrindinė ląstelės membranos sudėtis apima:
1. Baltymai – atsakingi už įvairias membranos savybes;
2. Trijų tipų lipidai (fosfolipidai, glikolipidai ir cholesterolis), atsakingi už membranos standumą.
Ląstelių membranos baltymai:
1. Rutulinis baltymas;
2. Paviršiaus baltymas;
3. Periferinis baltymas.
Pagrindinė ląstelės membranos paskirtis
Pagrindinė ląstelės membranos paskirtis:
1. Reguliuoti mainus tarp ląstelės ir aplinkos;
2. Atskirti bet kurios ląstelės turinį nuo išorinės aplinkos, taip užtikrinant jos vientisumą;
3. Intraląstelinės membranos padalija ląstelę į specializuotus uždarus skyrius – organelius arba skyrius, kuriuose išlaikomos tam tikros aplinkos sąlygos.
Ląstelių membranos struktūra
Ląstelės membranos struktūra yra dvimatis rutulinių vientisų baltymų tirpalas, ištirpęs skystoje fosfolipidinėje matricoje. Šį membranos struktūros modelį 1972 metais pasiūlė du mokslininkai Nicholsonas ir Singer. Taigi, membranų pagrindas yra bimolekulinis lipidų sluoksnis su tvarkingu molekulių išdėstymu, kaip matėte.
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. Lipidų dvigubas sluoksnis yra pusiau pralaidus, todėl tik kai kurios molekulės gali išsisklaidyti 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.
Organelių membranos
Kai kurios ląstelių organelės taip pat yra apsuptos apsauginėmis membranomis. šerdis,
