Ląstelių membrana- tai ląstelės membrana, kuri atlieka šias funkcijas: ląstelės turinio atskyrimas nuo išorinės aplinkos, selektyvus medžiagų pernešimas (keitimasis su išorine ląstelės aplinka), kai kurių biocheminių reakcijų vieta, ląstelių susijungimas. į audinius ir priėmimą.
Ląstelių membranos skirstomos į plazmines (tarpląstelines) ir išorines. Pagrindinė bet kurios membranos savybė yra pusiau pralaidumas, tai yra galimybė leisti tik tam tikras medžiagas. Tai leidžia selektyviai keistis tarp ląstelės ir išorinės aplinkos arba keistis tarp ląstelės skyrių.
Plazmos membranos yra lipoproteinų struktūros. Lipidai spontaniškai sudaro dvisluoksnį (dvigubį sluoksnį), o jame „plaukioja“ membraniniai baltymai. Membranose yra keli tūkstančiai įvairių baltymų: struktūrinių, transporterių, fermentų ir kt.. Tarp baltymų molekulių yra poros, pro kurias praeina hidrofilinės medžiagos (lipidinis dvisluoksnis neleidžia joms tiesiogiai prasiskverbti į ląstelę). Prie kai kurių membranos paviršiaus molekulių yra prisijungusios glikozilo grupės (monosacharidai ir polisacharidai), kurios dalyvauja ląstelių atpažinimo procese formuojantis audiniui.
Membranų storis skiriasi, paprastai svyruoja nuo 5 iki 10 nm. Storis nustatomas pagal amfifilinės lipidų molekulės dydį ir yra 5,3 nm. Tolesnis membranos storio padidėjimas atsiranda dėl membranos baltymų kompleksų dydžio. Priklausomai nuo išorinių sąlygų (cholesterolis yra reguliatorius), dvigubo sluoksnio struktūra gali pasikeisti taip, kad jis taps tankesnis arba skystesnis – nuo to priklauso medžiagų judėjimo membranomis greitis.
Ląstelių membranos apima: plazminę membraną, kariolemą, endoplazminio tinklo membranas, Golgi aparatą, lizosomas, peroksisomas, mitochondrijas, inkliuzus ir kt.
Lipidai netirpsta vandenyje (hidrofobiškumas), bet lengvai tirpsta organiniuose tirpikliuose ir riebaluose (lipofiliškumas). Lipidų sudėtis skirtingose membranose yra nevienoda. Pavyzdžiui, plazmos membranoje yra daug cholesterolio. Labiausiai paplitę lipidai membranoje yra fosfolipidai (glicerofosfatidai), sfingomielinai (sfingolipidai), glikolipidai ir cholesterolis.
Fosfolipidai, sfingomielinai, glikolipidai susideda iš dviejų funkciškai skirtingų dalių: hidrofobinės nepolinės, neturinčios krūvių - „uodegos“, susidedančios iš riebalų rūgščių, ir hidrofilinės, turinčios įkrautas polines „galvas“ - alkoholio grupes (pavyzdžiui, glicerolis).
Hidrofobinė molekulės dalis paprastai susideda iš dviejų riebalų rūgščių. Viena iš rūgščių yra sočiųjų, o antra - nesočiųjų. Tai lemia lipidų gebėjimą spontaniškai formuoti dvisluoksnes (bilipidų) membranines struktūras. Membraniniai lipidai atlieka šias funkcijas: barjerą, transportavimą, baltymų mikroaplinką, membranos elektrinę varžą.
Membranos skiriasi viena nuo kitos savo baltymų molekulių rinkiniu. Daugelis membraninių baltymų susideda iš sričių, kuriose gausu polinių (nešančių) aminorūgščių, ir sričių, kuriose yra nepolinių aminorūgščių (glicinas, alaninas, valinas, leucinas). Tokie baltymai membranų lipidiniuose sluoksniuose išsidėstę taip, kad jų nepolinės dalys būtų tarsi panardintos į „riebalinę“ membranos dalį, kurioje yra hidrofobinės lipidų dalys. Šių baltymų poliarinė (hidrofilinė) dalis sąveikauja su lipidų galvutėmis ir susiduria su vandenine faze.
Biologinės membranos turi bendrų savybių:
membranos yra uždaros sistemos, kurios neleidžia susimaišyti ląstelės ir jos skyrių turiniui. Membranos vientisumo pažeidimas gali sukelti ląstelių mirtį;
paviršinis (plokštuminis, šoninis) mobilumas. Membranose vyksta nuolatinis medžiagų judėjimas paviršiumi;
membranos asimetrija. Išorinio ir paviršiaus sluoksnių struktūra yra chemiškai, struktūriškai ir funkciškai nevienalytė.
Membranos atlieka daugybę skirtingų funkcijų:
membranos nustato organelės ar ląstelės formą;
kliūtis: kontroliuoja tirpių medžiagų (pavyzdžiui, Na +, K +, Cl - jonų) mainus tarp vidinio ir išorinio skyriaus;
energijos: ATP sintezė ant vidinių mitochondrijų membranų ir fotosintezė chloroplastų membranose; suformuoti paviršių cheminėms reakcijoms vykti (fosforilinimas ant mitochondrijų membranų);
yra struktūra, užtikrinanti cheminių signalų atpažinimą (hormonų ir neurotransmiterių receptoriai yra ant membranos);
vaidina vaidmenį tarpląstelinėje sąveikoje ir skatina ląstelių judėjimą.
Transportas per membraną. Membrana turi selektyvų pralaidumą tirpioms medžiagoms, kuri yra būtina:
ląstelės atskyrimas nuo ekstraląstelinės aplinkos;
užtikrinti reikalingų molekulių (pvz., lipidų, gliukozės ir aminorūgščių) prasiskverbimą į ląstelę ir sulaikymą, taip pat medžiagų apykaitos produktų (taip pat ir nereikalingų) pašalinimą iš ląstelės;
išlaikant transmembraninį jonų gradientą.
Intraląstelinės organelės taip pat gali turėti selektyviai pralaidžią membraną. Pavyzdžiui, lizosomose membrana išlaiko vandenilio jonų (H+) koncentraciją 1000-10000 kartų didesnę nei citozolyje.
Transportavimas per membraną gali būti pasyvus, pašviesėjo arba aktyvus.
Pasyvus transportas- tai molekulių arba jonų judėjimas pagal koncentraciją arba elektrocheminį gradientą. Tai gali būti paprasta difuzija, pavyzdžiui, dujų (pavyzdžiui, O 2 ir CO 2) arba paprastų molekulių (etanolio) prasiskverbimo per plazmos membraną atveju. Paprastos difuzijos metu mažos molekulės, ištirpusios tarpląsteliniame skystyje, paeiliui ištirpsta membranoje, o paskui - intraląsteliniame skystyje. Šis procesas yra nespecifinis, o prasiskverbimo per membraną greitį lemia molekulės hidrofobiškumo laipsnis, tai yra, jos tirpumas riebaluose. Difuzijos greitis per lipidų dvigubą sluoksnį yra tiesiogiai proporcingas hidrofobiškumui, taip pat transmembraniniam koncentracijos gradientui arba elektrocheminiam gradientui.
Supaprastinta difuzija yra greitas molekulių judėjimas per membraną specifiniais membranos baltymais, vadinamais permeazėmis. Šis procesas yra specifinis, jis vyksta greičiau nei paprasta difuzija, tačiau turi transporto greičio apribojimą.
Supaprastinta difuzija dažniausiai būdinga vandenyje tirpioms medžiagoms. Dauguma (jei ne visi) membranų pernešėjai yra baltymai. Specifinis transporterio veikimo mechanizmas palengvintos difuzijos metu nebuvo pakankamai ištirtas. Pavyzdžiui, jie gali tarpininkauti transportui sukamaisiais judesiais membranoje. Pastaruoju metu pasirodė informacija, kad nešantys baltymai, susilietę su pernešama medžiaga, keičia savo konformaciją, dėl to membranoje atsiveria savotiški „vartai“ arba kanalas. Šie pokyčiai atsiranda dėl energijos, išsiskiriančios, kai transportuojama medžiaga jungiasi su baltymu. Galimi ir relės tipo perdavimai. Šiuo atveju pats nešiklis lieka nejudantis, o jonai migruoja juo iš vienos hidrofilinės jungties į kitą.
Antibiotikas gramicidinas gali būti šio tipo vektoriaus modelis. Membranos lipidiniame sluoksnyje jo ilga linijinė molekulė įgauna spiralės formą ir sudaro hidrofilinį kanalą, per kurį K jonas gali migruoti gradientu.
Buvo gauti eksperimentiniai įrodymai apie natūralių kanalų egzistavimą biologinėse membranose. Transporto baltymai yra labai specifiniai medžiagai, gabenamai per membraną, ir savo savybėmis primena fermentus. Jie pasižymi didesniu jautrumu pH, yra konkurencingai slopinami junginių, panašių į transportuojamą medžiagą, ir nekonkurenciškai agentų, kurie keičia specifines funkcines baltymų grupes.
Supaprastinta difuzija nuo įprastos difuzijos skiriasi ne tik greičiu, bet ir savybe prisotinti. Medžiagų perdavimo greičio padidėjimas vyksta proporcingai koncentracijos gradiento padidėjimui tik iki tam tikrų ribų. Pastarąjį lemia vežėjo „galia“.
Aktyvus transportavimas – tai jonų arba molekulių judėjimas per membraną prieš koncentracijos gradientą dėl ATP hidrolizės energijos. Yra trys pagrindiniai aktyvaus jonų transportavimo tipai:
natrio-kalio pompa - Na + /K + -adenozintrifosfatazė (ATPazė), kuri išneša Na + iš ir K + į;
kalcio (Ca 2+) siurblys – Ca 2+ -ATPazė, pernešanti Ca 2+ iš ląstelės ar citozolio į sarkoplazminį tinklą;
protonų siurblys - H + -ATPazė. Aktyviojo pernešimo sukuriami jonų gradientai gali būti naudojami aktyviam kitų molekulių, tokių kaip kai kurios aminorūgštys ir cukrūs, transportavimui (antrinis aktyvus transportas).
Bendras transportas yra jono ar molekulės pernešimas kartu su kito jono perkėlimu. Paprastas- vienu metu abiejų molekulių perkėlimas viena kryptimi; antiportas- tuo pačiu metu abiejų molekulių perkėlimas priešingomis kryptimis. Jei transportavimas nėra susijęs su kito jono perkėlimu, šis procesas vadinamas uniportas. Bendras transportas galimas tiek palengvintos difuzijos, tiek aktyvaus transportavimo metu.
Gliukozė gali būti transportuojama palengvintos difuzijos būdu, naudojant symport tipą. Cl ir HCO 3 jonai per raudonųjų kraujo kūnelių membraną pernešami palengvintos difuzijos dėka nešiklio, vadinamo 3 juosta, antiporto tipo. Šiuo atveju Cl - ir HCO 3 - perduodami priešingomis kryptimis, o perdavimo kryptį lemia vyraujantis koncentracijos gradientas.
Aktyvus jonų transportavimas prieš koncentracijos gradientą reikalauja energijos, išsiskiriančios ATP hidrolizės metu į ADP: ATP ADP + P (neorganinis fosfatas). Aktyvusis transportas, taip pat palengvinta difuzija, pasižymi: specifiškumu, didžiausio greičio apribojimu (ty kinetinės kreivės pasiekia plokščiakalnį) ir inhibitorių buvimu. Pavyzdys yra pirminis aktyvusis pernešimas, kurį atlieka Na + /K + - ATPazė. Kad ši fermentų antiporto sistema veiktų, būtinas Na +, K + ir magnio jonų buvimas. Jo yra beveik visose gyvūnų ląstelėse, o jo koncentracija ypač didelė jaudinamuose audiniuose (pavyzdžiui, nervuose ir raumenyse) ir ląstelėse, kurios aktyviai dalyvauja Na + judėjime per plazmos membraną (pavyzdžiui, inkstų žievėje). ir seilių liaukos) .
Pats ATPazės fermentas yra oligomeras, susidedantis iš 2 -subvienetų po 110 kDa ir 2 glikoproteino -subvienetų po 55 kDa. ATP hidrolizės metu vyksta grįžtamasis tam tikros -subvieneto aspartato liekanos fosforilinimas ir susidaro -aspartamilas. fosfatas.. Fosforilinimui reikia Na + ir Mg 2+ , bet ne K + , o defosforilinimui reikia K + , bet ne Na + ar Mg 2+ . Aprašytos dvi skirtingų energijos lygių baltymų komplekso konformacinės būsenos, kurios paprastai žymimos E 1 ir E 2, todėl ATPazė dar vadinama. E tipo vektorius 1 – E 2 . Širdį veikiantys glikozidai, pvz. digoksinas Ir ouabainas, slopina ATPazės aktyvumą, dėl puikaus tirpumo vandenyje, plačiai naudojamas eksperimentiniuose tyrimuose tiriant natrio siurblį.
Visuotinai priimta idėja, kaip veikia Na + / K + - ATPazė, yra tokia. Na ir ATP jonai prisijungia prie ATPazės molekulės esant Mg 2+. Na jonų prisijungimas sukelia ATP hidrolizės reakciją, dėl kurios susidaro ADP ir fosforilinta fermento forma. Fosforilinimas sukelia fermentinio baltymo perėjimą į naują konformacinę būseną, o Na turintis regionas ar regionai tampa veikiami išorinės aplinkos. Čia Na + pakeičiamas į K +, nes fosforilinta fermento forma pasižymi dideliu afinitetu K jonams. Atvirkštinis fermento perėjimas į pradinę konformaciją yra inicijuojamas hidroliziniu būdu pašalinant fosforilo grupę. neorganinio fosfato ir kartu su K + išsiskyrimu į ląstelės vidinę erdvę. Defosforilinta aktyvi fermento vieta gali prijungti naują ATP molekulę, ir ciklas kartojasi.
K ir Na jonų kiekiai, patenkantys į ląstelę dėl siurblio, nėra vienodi. Trims pašalintiems Na jonams yra du K jonai, tuo pačiu metu hidrolizuojant vieną ATP molekulę. Kanalo atidarymą ir uždarymą priešingose membranos pusėse bei kintamą Na ir K surišimo efektyvumo pokytį užtikrina ATP hidrolizės energija. Pernešami jonai – Na ir K – yra šios fermentinės reakcijos kofaktoriai. Teoriškai galima įsivaizduoti įvairius šiuo principu veikiančius siurblius, nors šiuo metu žinomi tik keli.
Gliukozės transportavimas. Gliukozės pernešimas gali vykti pagal palengvintos difuzijos arba aktyvaus pernešimo tipą, o pirmuoju atveju jis vyksta kaip vienetas, antruoju - kaip simpportas. Gliukozė gali būti transportuojama į raudonuosius kraujo kūnelius palengvintos difuzijos būdu. Michaelio konstanta (Km) gliukozės transportavimui į raudonuosius kraujo kūnelius yra maždaug 1,5 mmol/l (ty esant tokiai gliukozės koncentracijai apie 50 % turimų permeazės molekulių bus susieta su gliukozės molekulėmis). Kadangi gliukozės koncentracija žmogaus kraujyje yra 4-6 mmol/l, raudonieji kraujo kūneliai ją pasisavina beveik maksimaliu greičiu. Permeazės specifiškumas pasireiškia jau tuo, kad L-izomeras beveik nepernešamas į eritrocitus, skirtingai nei D-galaktozė ir D-mannozė, tačiau norint pasiekti perpusinį transportavimo sistemos prisotinimą, reikia didesnės koncentracijos. Patekusi į ląstelę, gliukozė yra fosforilinama ir nebegali išeiti iš ląstelės. Gliukozės permeazė taip pat vadinama D-heksozės permeaze. Tai vientisas membraninis baltymas, kurio molekulinė masė yra 45 kDa.
Gliukozę taip pat gali transportuoti nuo Na + priklausoma simpportų sistema, randama daugelio audinių plazminėse membranose, įskaitant inkstų kanalėlius ir žarnyno epitelį. Šiuo atveju viena gliukozės molekulė yra pernešama palengvintos difuzijos būdu prieš koncentracijos gradientą, o vienas Na jonas transportuojamas išilgai koncentracijos gradiento. Visa sistema galiausiai veikia per Na + /K + -ATPAzės siurbimo funkciją. Taigi simport yra antrinė aktyvi transporto sistema. Panašiai pernešamos ir aminorūgštys.
Ca 2+ siurblys yra aktyvi E 1 - E 2 tipo transporto sistema, susidedanti iš vientiso membraninio baltymo, kuris pernešant Ca 2+ yra fosforilinamas ties aspartato liekana. Kiekvienos ATP molekulės hidrolizės metu perkeliami du Ca 2+ jonai. Eukariotinėse ląstelėse Ca 2+ gali prisijungti prie kalcį jungiančio baltymo, vadinamo kalmodulinas, o visas kompleksas jungiasi prie Ca 2+ siurblio. Ca 2+ surišantys baltymai taip pat apima troponiną C ir parvalbuminą.
Ca jonus, kaip ir Na jonus, iš ląstelių aktyviai pašalina Ca 2+ -ATPazė. Endoplazminio tinklo membranose yra ypač daug kalcio siurblio baltymo. Cheminių reakcijų, sukeliančių ATP hidrolizę ir Ca 2+ pernešimą, grandinę galima parašyti tokiomis lygtimis:
2Ca n + ATP + E 1 Ca 2 - E - P + ADP
Ca 2 - E - P 2Ca išorinis + PO 4 3 - + E 2
Kur yra San - Ca2+ lauke;
Ca ext - Ca 2+ esantis viduje;
E 1 ir E 2 yra skirtingos transporterio fermento konformacijos, kurių perėjimas iš vienos į kitą yra susijęs su ATP energijos panaudojimu.
Aktyvaus H + pašalinimo iš citoplazmos sistemą palaiko dviejų tipų reakcijos: elektronų transportavimo grandinės (redokso grandinės) aktyvumas ir ATP hidrolizė. Tiek redoksiniai, tiek hidroliziniai H + siurbliai yra membranose, galinčiose šviesos ar cheminę energiją paversti H + energija (ty prokariotų plazminėse membranose, chloroplastų ir mitochondrijų konjuguojančiose membranose). Dėl H + ATPazės ir (arba) redokso grandinės darbo protonai perkeliami, o membranoje atsiranda protonų varomoji jėga (H +). Vandenilio jonų elektrocheminis gradientas, kaip rodo tyrimai, gali būti naudojamas daugelio metabolitų – anijonų, aminorūgščių, cukrų ir kt.
Su plazminės membranos aktyvumu yra susiję tie, kurie užtikrina didelės molekulinės masės kietų ir skystų medžiagų įsisavinimą ląstelėje, - fagocitozė Ir pinocitozė(iš Gerch. fagos- Yra , pinos- gerti, cytos- ląstelė). Ląstelių membrana sudaro kišenes arba invaginacijas, kurios traukia medžiagas iš išorės. Tada tokios invaginacijos atsiskiria ir apgaubia membrana išorinės aplinkos lašelį (pinocitozė) arba kietąsias daleles (fagocitozė). Pinocitozė stebima įvairiose ląstelėse, ypač tuose organuose, kuriuose vyksta absorbcijos procesai.
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, prijungtą prie jų. Jie yra įterpti į ląstelės membraną, padedantys keistis ir transportuoti molekules.
Organelių membranos
Kai kurios ląstelių organelės taip pat yra apsuptos apsauginėmis membranomis. šerdis,
Skiriamoji ( kliūtis) - atskirti ląstelių turinį nuo išorinės aplinkos;
Reguliuoti mainus tarp ląstelės ir aplinkos;
Jie padalija ląsteles į skyrius arba skyrius, skirtus tam tikriems specializuotiems metabolizmo keliams ( dalijant);
Tai kai kurių cheminių reakcijų (šviesios fotosintezės reakcijos chloroplastuose, oksidacinis fosforilinimas kvėpavimo metu mitochondrijose) vieta;
Užtikrinti ryšį tarp ląstelių daugialąsčių organizmų audiniuose;
Transportas- atlieka transmembraninį transportą.
Receptorius- yra receptorių vietos, kurios atpažįsta išorinius dirgiklius.
Medžiagų gabenimas per membraną – viena iš pirmaujančių membranos funkcijų, užtikrinanti medžiagų mainus tarp ląstelės ir išorinės aplinkos. Atsižvelgiant į energijos suvartojimą medžiagoms perduoti, jie išskiriami:
pasyvus transportavimas arba palengvinta difuzija;
aktyvus (selektyvus) transportas, dalyvaujant ATP ir fermentams.
transportavimas membraninėje pakuotėje. Yra endocitozė (į ląstelę) ir egzocitozė (iš ląstelės) – mechanizmai, pernešantys per membraną dideles daleles ir makromolekules. Endocitozės metu plazminėje membranoje susidaro invaginacija, jos kraštai susilieja ir į citoplazmą išsiskiria pūslelė.
Pūslelę nuo citoplazmos skiria viena membrana, kuri yra išorinės citoplazminės membranos dalis. Yra fagocitozė ir pinocitozė. Fagocitozė yra didelių dalelių, kurios yra gana kietos, absorbcija.
Pavyzdžiui, limfocitų, pirmuonių ir tt fagocitozė. Pinocitozė – skysčio lašelių su jame ištirpusiomis medžiagomis gaudymas ir sugėrimas. Egzocitozė yra įvairių medžiagų pašalinimo iš ląstelės procesas. Egzocitozės metu pūslelės arba vakuolės membrana susilieja su išorine citoplazmine membrana. Pūslelės turinys pašalinamas už ląstelės paviršiaus, o membrana įtraukiama į išorinę citoplazminę membraną. Pagrinde
pasyvus
Difuzija membranos kanalais – tai įkrautų molekulių ir jonų (Na, K, Ca, Cl) pernešimas, prasiskverbiantis pro membraną dėl specialių kanalus formuojančių baltymų, formuojančių vandens poras.
Supaprastinta difuzija – tai medžiagų pernešimas naudojant specialius transportavimo baltymus. Kiekvienas baltymas yra atsakingas už griežtai apibrėžtą molekulę ar susijusių molekulių grupę, sąveikauja su ja ir juda per membraną. Pavyzdžiui, cukrus, aminorūgštys, nukleotidai ir kitos polinės molekulės.
Aktyvus transportas atlieka baltymų nešikliai (ATPazė) prieš elektrocheminį gradientą, sunaudojant energiją. Jo šaltinis yra ATP molekulės. Pavyzdžiui, natris yra kalio siurblys.
Kalio koncentracija ląstelės viduje yra daug didesnė nei už jos ribų, o natrio – atvirkščiai. Todėl kalio ir natrio katijonai pasyviai difunduoja per membranos vandens poras pagal koncentracijos gradientą. Tai paaiškinama tuo, kad membranos pralaidumas kalio jonams yra didesnis nei natrio jonams. Atitinkamai, kalis pasklinda iš ląstelės greičiau nei natris į ląstelę. Tačiau normaliam ląstelių funkcionavimui būtinas tam tikras 3 kalio ir 2 natrio jonų santykis. Todėl membranoje yra natrio-kalio siurblys, kuris aktyviai pumpuoja natrį iš ląstelės, o kalį į ląstelę. Šis siurblys yra transmembraninis membraninis baltymas, galintis atlikti konformacinius pertvarkymus. Todėl jis gali prisijungti prie savęs ir kalio, ir natrio jonų (antiportas). Procesas reikalauja daug energijos:
Iš membranos vidaus į siurblio baltymą patenka natrio jonai ir ATP molekulė, o iš išorės – kalio jonai.
Natrio jonai susijungia su baltymo molekule, ir baltymas įgauna ATPazės aktyvumą, t.y. gebėjimas sukelti ATP hidrolizę, kurią lydi energijos, kuri varo siurblį, išsiskyrimas.
ATP hidrolizės metu išsiskiriantis fosfatas prisijungia prie baltymo, t.y. fosforilina baltymus.
Fosforilinimas sukelia konformacinius baltymo pokyčius, jis nesugeba išlaikyti natrio jonų. Jie paleidžiami ir iškeliauja už ląstelės ribų.
Nauja baltymo konformacija skatina kalio jonų prisijungimą prie jo.
Kalio jonų pridėjimas sukelia baltymų defosforilinimą. Jis vėl keičia savo formą.
Pasikeitus baltymų konformacijai, ląstelės viduje išsiskiria kalio jonai.
Baltymas vėl pasiruošęs prijungti prie savęs natrio jonus.
Vieno veikimo ciklo metu siurblys iš ląstelės išsiurbia 3 natrio jonus ir 2 kalio jonus.
Citoplazma– privalomas ląstelės komponentas, esantis tarp ląstelės paviršiaus aparato ir branduolio. Tai sudėtingas nevienalytis struktūrinis kompleksas, kurį sudaro:
hialoplazma
organelės (nuolatiniai citoplazmos komponentai)
inkliuzai yra laikini citoplazmos komponentai.
Citoplazminė matrica(hialoplazma) yra vidinis ląstelės turinys – bespalvis, tirštas ir skaidrus koloidinis tirpalas. Citoplazminės matricos komponentai ląstelėje vykdo biosintezės procesus ir juose yra fermentų, reikalingų energijos gamybai, daugiausia dėl anaerobinės glikolizės.
Pagrindinės citoplazminės matricos savybės.
Nustato koloidines ląstelės savybes. Kartu su tarpląstelinėmis vakuolinės sistemos membranomis ji gali būti laikoma labai nevienalyte arba daugiafaze koloidine sistema.
Užtikrina citoplazmos klampumo pasikeitimą, perėjimą nuo gelio (storesnio) prie zolio (skystesnio), kuris atsiranda veikiant išoriniams ir vidiniams veiksniams.
Užtikrina ciklozę, ameboidų judėjimą, ląstelių dalijimąsi ir pigmento judėjimą chromatoforuose.
Nustato tarpląstelinių komponentų vietos poliškumą.
Suteikia ląstelių mechanines savybes – elastingumą, gebėjimą susilieti, standumą.
Organelės– nuolatinės ląstelių struktūros, užtikrinančios, kad ląstelė atliktų specifines funkcijas. Priklausomai nuo konstrukcijos ypatybių, jie išskiriami:
membranos organelės – turi membraninę struktūrą.
Jos gali būti vienamembranės (ER, Golgi aparatas, lizosomos, augalų ląstelių vakuolės). Dvigubos membranos (mitochondrijos, plastidai, branduolys).
Nemembraninės organelės – neturi membraninės struktūros (chromosomos, ribosomos, ląstelės centras, citoskeletas).
Bendrosios paskirties organelės būdingos visoms ląstelėms: branduoliui, mitochondrijoms, ląstelės centrui, Golgi aparatui, ribosomoms, EPS, lizosomoms. Kai organelės būdingos tam tikriems ląstelių tipams, jos vadinamos specialiosiomis organelėmis (pavyzdžiui, miofibrilės, kurios sutraukia raumenų skaidulą). Endoplazminis tinklas
- viena ištisinė struktūra, kurios membrana sudaro daugybę invaginacijų ir raukšlių, panašių į kanalėlius, mikrovakuoles ir dideles cisternas. ER membranos, viena vertus, yra sujungtos su ląstelės citoplazmine membrana, kita vertus, su išoriniu branduolinės membranos apvalkalu.
Esant grubiam arba granuliuotam ER, cisternos ir kanalėliai yra susieti su ribosomomis. yra išorinė membranos pusė. Lygus arba agranulinis ER neturi ryšio su ribosomomis. Tai yra vidinė membranos pusė.
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.
