Biološke membrane. Celična membrana: struktura in funkcije Kaj počne membrana

Narava je ustvarila veliko organizmov in celic, kljub temu pa je struktura in večina funkcij bioloških membran enaka, kar omogoča pregled njihove zgradbe in proučevanje njihovih ključnih lastnosti brez vezave na določeno vrsto celice.

Kaj je membrana?

Membrane so zaščitni element, ki je sestavni del celice vsakega živega organizma.

Strukturna in funkcionalna enota vseh živih organizmov na planetu je celica. Njegova življenjska dejavnost je neločljivo povezana z okoljem, s katerim izmenjuje energijo, informacije in snov. Tako prehranska energija, potrebna za delovanje celice, prihaja od zunaj in se porabi za njene različne funkcije.

Struktura najpreprostejše strukturne enote živega organizma: membrana organele, različni vključki. Obdaja ga membrana, znotraj katere se nahajajo jedro in vsi organeli. To so mitohondriji, lizosomi, ribosomi, endoplazmatski retikulum. Vsak strukturni element ima svojo membrano.

Vloga v delovanju celic

Biološka membrana igra ključno vlogo v zgradbi in delovanju osnovnega živega sistema. Samo celico, obdano z zaščitno ovojnico, lahko upravičeno imenujemo organizem. Proces, kot je metabolizem, se izvaja tudi zaradi prisotnosti membrane. Če je njegova strukturna celovitost motena, to povzroči spremembo funkcionalnega stanja telesa kot celote.

Celična membrana in njene funkcije

Ločuje citoplazmo celice od zunanjega okolja oziroma od membrane. Celična membrana skrbi za pravilno delovanje določenih funkcij, specifičnost medceličnih stikov in imunskih manifestacij ter vzdržuje transmembransko razliko v električnem potencialu. Vsebuje receptorje, ki lahko zaznavajo kemične signale - hormone, mediatorje in druge biološko aktivne sestavine. Ti receptorji mu dajejo še eno sposobnost – spreminjanje presnovne aktivnosti celice.

Funkcije membrane:

1. Aktivni prenos snovi.

2. Pasivni prenos snovi:

2.1. Difuzija je preprosta.

2.2. Prenos skozi pore.

2.3. Prenos, ki se izvede z difuzijo nosilca skupaj z membransko snovjo ali s polaganjem snovi vzdolž molekularne verige nosilca.

3. Prenos neelektrolitov zaradi preproste in olajšane difuzije.

Struktura celične membrane

Sestavine celične membrane so lipidi in beljakovine.

Lipidi: fosfolipidi, fosfatidiletanolamin, sfingomielin, fosfatidilinozitol in fosfatidilserin, glikolipidi. Delež lipidov je 40-90%.

Beljakovine: periferne, integralne (glikoproteini), spektrin, aktin, citoskelet.

Glavni strukturni element je dvojna plast fosfolipidnih molekul.

Strešna membrana: definicija in tipologija

Nekaj ​​statistike. Na ozemlju Ruske federacije se je membrana kot strešni material uporabljala ne tako dolgo nazaj. Delež membranskih streh od skupnega števila mehkih strešnih plošč je le 1,5 %. Bitumenske in mastične strehe so v Rusiji postale vse bolj razširjene. Toda v zahodni Evropi je delež membranskih streh 87%. Razlika je opazna.

Praviloma je membrana kot glavni material pri pokrivanju strehe idealna za ravne strehe. Za tiste z velikim naklonom je manj primeren.

Obseg proizvodnje in prodaje membranskih kritin na domačem trgu ima pozitiven trend rasti. Zakaj? Razlogi so več kot jasni:

• Življenjska doba je približno 60 let. Predstavljajte si, samo garancijska doba uporabe, ki jo določi proizvajalec, doseže 20 let.
• Enostaven za namestitev. Za primerjavo: montaža bitumenske strehe traja 1,5-krat dlje kot montaža membranske strehe.
• Enostavnost vzdrževanja in popravil.

Debelina strešnih membran je lahko 0,8-2 mm, povprečna teža enega kvadratnega metra pa je 1,3 kg.

Lastnosti strešnih membran:

• elastičnost;
• moč;
• odpornost na ultravijolične žarke in druga agresivna okolja;
• odpornost proti zmrzovanju;
• požarna odpornost.

Obstajajo tri vrste strešnih membran. Glavna značilnost razvrstitve je vrsta polimernega materiala, ki sestavlja osnovo platna. Strešne membrane so torej:

• ki spadajo v skupino EPDM, so narejeni na osnovi polimeriziranega etilen-propilen-dien monomera ali preprosto povedano Prednosti: visoka trdnost, elastičnost, vodoodpornost, prijaznost do okolja, nizki stroški. Slabosti: lepilna tehnologija za spajanje listov s posebnim trakom, nizka trdnost spojev. Področje uporabe: uporablja se kot hidroizolacijski material za tla predorov, vodne vire, skladišča odpadkov, umetne in naravne rezervoarje itd.
• PVC membrane. To so školjke, pri izdelavi katerih se kot glavni material uporablja polivinilklorid. Prednosti: UV odpornost, požarna odpornost, široka paleta barv membranskih tkanin. Slabosti: nizka odpornost na bitumenske materiale, olja, topila; sprošča škodljive snovi v ozračje; Barva platna sčasoma zbledi.
• TPO. Izdelano iz termoplastičnih olefinov. Lahko so armirani ali nearmirani. Prvi so opremljeni s poliestrsko mrežo ali tkanino iz steklenih vlaken. Prednosti: prijaznost do okolja, vzdržljivost, visoka elastičnost, temperaturna odpornost (tako pri visokih kot nizkih temperaturah), varjeni spoji tkaninskih šivov. Slabosti: visoka cenovna kategorija, pomanjkanje proizvajalcev na domačem trgu.

Profilirana membrana: značilnosti, funkcije in prednosti

Profilirane membrane so novost na gradbenem trgu. Ta membrana se uporablja kot hidroizolacijski material.

Snov, uporabljena v proizvodnji, je polietilen. Slednji je na voljo v dveh vrstah: polietilen visoke gostote (HDPE) in polietilen nizke gostote (LDPE).

Profilirana membrana iz visokotlačnega polietilena ima posebno površino - votle mozolje. Višina teh formacij se lahko spreminja od 7 do 20 mm. Notranja površina membrane je gladka. To omogoča nemoteno upogibanje gradbenih materialov.

Spreminjanje oblike posameznih odsekov membrane je izključeno, saj se zaradi prisotnosti enakih izboklin tlak enakomerno porazdeli po celotnem območju. Geomembrana se lahko uporablja kot prezračevalna izolacija. V tem primeru je zagotovljena prosta izmenjava toplote znotraj stavbe.

Prednosti profiliranih membran:

• povečana moč;
• toplotna odpornost;
• odpornost na kemične in biološke vplive;
• dolga življenjska doba (več kot 50 let);
• enostavnost namestitve in vzdrževanja;
• dostopna cena.

Profilirane membrane so v treh vrstah:

• z enoslojno tkanino;
• z dvoslojno tkanino = geotekstil + drenažna membrana;
• s troslojno tkanino = drsna površina + geotekstil + drenažna membrana.

Enoslojna profilirana membrana se uporablja za zaščito glavne hidroizolacije, montažo in demontažo betonske priprave sten z visoko vlažnostjo. Pri vgradnji se uporablja dvoslojna zaščita, ki je sestavljena iz treh plasti in se uporablja na tleh, ki so občutljiva na zmrzovanje, in na globokih tleh.

Področja uporabe drenažnih membran

Profilirana membrana najde svojo uporabo na naslednjih področjih:

1. Osnovna hidroizolacija temeljev. Zagotavlja zanesljivo zaščito pred uničujočim vplivom podzemne vode, koreninskega sistema rastlin, posedanja tal in mehanskih poškodb.
2. Drenaža temeljne stene. Nevtralizira učinke podtalnice in atmosferskih padavin tako, da jih prenaša v drenažne sisteme.
3. Horizontalni tip - zaščita pred deformacijami zaradi strukturnih značilnosti.
4. Analogno pripravi betona. Uporablja se v primeru gradbenih del pri gradnji objektov na območju nizke podtalnice, v primerih, ko se uporablja horizontalna hidroizolacija za zaščito pred kapilarno vlago. Funkcije profilirane membrane vključujejo tudi preprečevanje prehoda cementnega mleka v tla.
5. Prezračevanje stenskih površin z visoko stopnjo vlažnosti. Lahko se namesti tako znotraj kot zunaj prostora. V prvem primeru se aktivira kroženje zraka, v drugem pa sta zagotovljeni optimalna vlažnost in temperatura.
6. Uporabljena inverzna kritina.

Superdifuzijska membrana

Superdifuzijska membrana je material nove generacije, katerega glavni namen je zaščita elementov strešne konstrukcije pred vetrom, padavinami in paro.

Proizvodnja zaščitnega materiala temelji na uporabi netkanih materialov, gostih vlaken visoke kakovosti. Na domačem trgu so priljubljene troslojne in štirislojne membrane. Pregledi strokovnjakov in potrošnikov potrjujejo, da več plasti, na katerih temelji struktura, močnejše so njegove zaščitne funkcije in s tem večja energetska učinkovitost prostora kot celote.

Glede na vrsto strehe, njene oblikovne značilnosti in podnebne razmere proizvajalci priporočajo, da dajo prednost eni ali drugi vrsti difuzijske membrane. Torej obstajajo za poševne strehe zapletenih in enostavnih konstrukcij, za poševne strehe z minimalnim naklonom, za strehe s šivno kritino itd.

Superdifuzijska membrana se polaga neposredno na toplotnoizolacijski sloj, pod iz desk. Prezračevalna reža ni potrebna. Material je pritrjen s posebnimi sponkami ali jeklenimi žeblji. Robovi difuzijskih plošč so spojeni in delo je možno izvajati tudi v ekstremnih pogojih: pri močnih sunkih vetra itd.

Poleg tega se lahko zadevni premaz uporablja kot začasna strešna kritina.

PVC membrane: bistvo in namen

PFC membrane so strešni material iz polivinilklorida in imajo elastične lastnosti. Ta sodoben strešni material je popolnoma nadomestil bitumenske analoge v zvitkih, ki imajo pomembno pomanjkljivost - potrebo po sistematičnem vzdrževanju in popravilu. Danes značilne lastnosti PVC membran omogočajo njihovo uporabo pri popravilih starih ravnih streh. Uporabljajo se tudi pri vgradnji novih streh.

Streha iz tega materiala je enostavna za uporabo, njena montaža pa se lahko izvede na kateri koli površini, kadar koli v letu in v vseh vremenskih razmerah. PVC membrana ima naslednje lastnosti:

• moč;
• stabilnost pri izpostavljenosti UV žarkom, različnim vrstam padavin, točkovnim in površinskim obremenitvam.

Zahvaljujoč svojim edinstvenim lastnostim vam bodo PVC membrane zvesto služile več let. Življenjska doba takšne strehe je enaka življenjski dobi same zgradbe, medtem ko rolo kritina zahteva redna popravila, v nekaterih primerih pa tudi popolno demontažo in postavitev novega poda.

Plošče PVC membrane so med seboj povezane z vročim varjenjem, katerega temperatura je v območju 400-600 stopinj Celzija. Ta povezava je popolnoma zaprta.

Prednosti PVC membran

Njihove prednosti so očitne:

• prilagodljivost strešnega sistema, ki najbolj ustreza gradbenemu projektu;
• vzdržljiv, zrakotesen povezovalni šiv med membranskimi listi;
• idealna toleranca na podnebne spremembe, vremenske razmere, temperaturo, vlažnost;
• povečana paroprepustnost, ki spodbuja izhlapevanje vlage, nabrane v prostoru pod streho;
• veliko barvnih možnosti;
• požarne lastnosti;
• sposobnost ohranjanja svojih prvotnih lastnosti in videza za dolgo obdobje;
• PVC membrana je popolnoma okolju prijazen material, kar potrjujejo ustrezni certifikati;
• postopek namestitve je mehaniziran, zato ne bo trajalo veliko časa;
• pravila delovanja omogočajo namestitev različnih arhitekturnih dodatkov neposredno na samo streho iz PVC membrane;
• enoslojna namestitev vam bo prihranila denar;
• enostavnost vzdrževanja in popravila.

Membranska tkanina

Membransko blago je tekstilni industriji poznano že dolgo. Iz tega materiala so narejeni čevlji in oblačila: odrasli in otroci. Membrana je osnova membranske tkanine, ki je predstavljena v obliki tankega polimernega filma in ima lastnosti, kot sta vodoodpornost in paroprepustnost. Za izdelavo tega materiala je ta film prevlečen z zunanjo in notranjo zaščitno plastjo. Njihovo strukturo določa sama membrana. To se naredi, da se ohranijo vse koristne lastnosti tudi v primeru poškodbe. Z drugimi besedami, membranska oblačila se ne zmočijo, ko so izpostavljena padavinam v obliki snega ali dežja, hkrati pa odlično prepuščajo paro iz telesa v zunanje okolje. Ta pretok omogoča koži dihanje.

Glede na vse našteto lahko sklepamo, da so iz takšne tkanine narejena idealna zimska oblačila. Membrana na dnu tkanine je lahko:

• s porami;
• brez por;
• kombinirano.

Membrane, ki imajo veliko mikropor, vsebujejo teflon. Dimenzije takšnih por ne dosegajo niti kapljice vode, ampak so večje od molekule vode, kar kaže na vodoodpornost in sposobnost odstranjevanja znoja.

Membrane, ki nimajo por, so običajno izdelane iz poliuretana. Njihova notranja plast koncentrira vse izločke znoja in maščobe človeškega telesa ter jih potiska ven.

Struktura kombinirane membrane pomeni prisotnost dveh plasti: porozne in gladke. Ta tkanina ima visoko kakovostne lastnosti in bo trajala več let.

Zahvaljujoč tem prednostim so oblačila in čevlji iz membranskih tkanin, namenjeni nošenju v zimski sezoni, trpežni, a lahki in zagotavljajo odlično zaščito pred zmrzaljo, vlago in prahom. So preprosto nepogrešljivi pri številnih aktivnih vrstah zimske rekreacije in gorništva.

Celična membrana je ultratanek film na površini celice ali celičnega organela, sestavljen iz bimolekularne plasti lipidov z vdelanimi beljakovinami in polisaharidi.

Funkcije membrane:

• · Bariera - zagotavlja urejeno, selektivno, pasivno in aktivno presnovo z okoljem. Na primer, membrana peroksisoma ščiti citoplazmo pred peroksidi, ki so nevarni za celico. Selektivna prepustnost pomeni, da je prepustnost membrane za različne atome ali molekule odvisna od njihove velikosti, električnega naboja in kemijskih lastnosti. Selektivna prepustnost zagotavlja ločevanje celice in celičnih predelkov od okolja in jih oskrbuje s potrebnimi snovmi.
• · Transport – transport snovi v celico in iz nje poteka skozi membrano. Transport skozi membrane zagotavlja: dostavo hranil, odstranjevanje presnovnih končnih produktov, izločanje različnih snovi, ustvarjanje ionskih gradientov, vzdrževanje optimalnega pH in koncentracije ionov v celici, ki so potrebni za delovanje celičnih encimov. Delci, ki iz kakršnega koli razloga ne morejo prečkati fosfolipidnega dvosloja (na primer zaradi hidrofilnih lastnosti, ker je membrana v notranjosti hidrofobna in ne prepušča hidrofilnih snovi, ali zaradi njihove velike velikosti), vendar so potrebni za celico. , lahko prodre skozi membrano preko posebnih nosilnih proteinov (transporterjev) in kanalskih proteinov ali z endocitozo. Pri pasivnem transportu snovi prečkajo lipidni dvosloj brez porabe energije vzdolž koncentracijskega gradienta z difuzijo. Različica tega mehanizma je olajšana difuzija, pri kateri določena molekula pomaga snovi pri prehodu skozi membrano. Ta molekula ima lahko kanal, ki omogoča prehod le ene vrste snovi. Aktivni transport zahteva energijo, saj poteka proti koncentracijskemu gradientu. Na membrani so posebni proteini črpalke, vključno z ATPazo, ki aktivno črpa kalijeve ione (K +) v celico in črpa natrijeve ione (Na +) iz nje.
• · matriks - zagotavlja določen relativni položaj in orientacijo membranskih proteinov, njihovo optimalno interakcijo.
• · mehanski – zagotavlja avtonomijo celice, njenih znotrajceličnih struktur, kot tudi povezavo z drugimi celicami (v tkivih). Veliko vlogo pri zagotavljanju mehanskega delovanja imajo celične stene, pri živalih pa medcelična snov.
• · energija - pri fotosintezi v kloroplastih in celičnem dihanju v mitohondrijih v njihovih membranah delujejo sistemi za prenos energije, pri katerih sodelujejo tudi beljakovine;
• · receptor – nekateri proteini, ki se nahajajo v membrani, so receptorji (molekule, s pomočjo katerih celica zazna določene signale). Na primer, hormoni, ki krožijo v krvi, delujejo samo na ciljne celice, ki imajo receptorje, ki ustrezajo tem hormonom. Na posebne receptorske proteine ​​v tarčnih celicah se vežejo tudi nevrotransmiterji (kemikalije, ki zagotavljajo prevajanje živčnih impulzov).
• · encimski – membranski proteini so pogosto encimi. Na primer, plazemske membrane črevesnih epitelijskih celic vsebujejo prebavne encime.
• · izvajanje generiranja in prevajanja biopotencialov. S pomočjo membrane se v celici vzdržuje konstantna koncentracija ionov: koncentracija iona K + v celici je veliko višja kot zunaj, koncentracija Na + pa veliko nižja, kar je zelo pomembno, saj ta zagotavlja vzdrževanje potencialne razlike na membrani in generiranje živčnega impulza.
• · označevanje celic - na membrani so antigeni, ki delujejo kot markerji - “oznake”, ki omogočajo identifikacijo celice. To so glikoproteini (to so proteini, na katere so pritrjene razvejane oligosaharidne stranske verige), ki igrajo vlogo "anten". Zaradi neštetih konfiguracij stranske verige je mogoče narediti poseben marker za vsako vrsto celice. S pomočjo markerjev lahko celice prepoznajo druge celice in delujejo usklajeno z njimi, na primer pri tvorbi organov in tkiv. To tudi omogoča imunskemu sistemu, da prepozna tuje antigene.

Nekatere proteinske molekule prosto difundirajo v ravnini lipidne plasti; v normalnem stanju deli beljakovinskih molekul, ki se pojavljajo na različnih straneh celične membrane, ne spremenijo svojega položaja.

Posebna morfologija celičnih membran določa njihove električne lastnosti, med katerimi sta najpomembnejši kapacitivnost in prevodnost.

Kapacitivne lastnosti v glavnem določa fosfolipidni dvosloj, ki je neprepusten za hidratirane ione in hkrati dovolj tanek (približno 5 nm), da omogoča učinkovito ločevanje in shranjevanje naboja ter elektrostatično interakcijo kationov in anionov. Poleg tega so kapacitivne lastnosti celičnih membran eden od razlogov, ki določajo časovne značilnosti električnih procesov, ki se pojavljajo na celičnih membranah.

Prevodnost (g) je recipročna vrednost električnega upora in je enaka razmerju med celotnim transmembranskim tokom za dani ion in vrednostjo, ki določa njegovo transmembransko potencialno razliko.

Skozi fosfolipidni dvosloj lahko difundirajo različne snovi, stopnja permeabilnosti (P), to je sposobnost celične membrane, da prepušča te snovi, pa je odvisna od razlike v koncentraciji difundirajoče snovi na obeh straneh membrane, njene topnosti. v lipidih in lastnostih celične membrane. Hitrost difuzije za nabite ione pri konstantnih poljskih pogojih v membrani določajo mobilnost ionov, debelina membrane in porazdelitev ionov v membrani. Pri neelektrolitih prepustnost membrane ne vpliva na njeno prevodnost, saj neelektroliti ne prenašajo nabojev, torej ne morejo prenašati električnega toka.

Prevodnost membrane je merilo njene ionske prepustnosti. Povečanje prevodnosti kaže na povečanje števila ionov, ki prehajajo skozi membrano.

Pomembna lastnost bioloških membran je fluidnost. Vse celične membrane so mobilne tekoče strukture: večina lipidnih in beljakovinskih molekul, ki jih sestavljajo, se lahko precej hitro premika v ravnini membrane.

Celična membrana (plazemska membrana) je tanka, polprepustna membrana, ki obdaja celice.

Delovanje in vloga celične membrane

Njegova naloga je zaščititi celovitost notranjosti tako, da nekaterim bistvenim snovem omogoči vstop v celico, drugim pa prepreči vstop.

Služi tudi kot osnova za pritrditev na nekatere organizme in na druge. Tako plazemska membrana zagotavlja tudi obliko celice. Druga funkcija membrane je uravnavanje rasti celic z ravnovesjem in.

Pri endocitozi se lipidi in beljakovine odstranijo iz celične membrane, ko se snovi absorbirajo. Med eksocitozo se vezikli, ki vsebujejo lipide in beljakovine, zlijejo s celično membrano, kar poveča velikost celice. , celice gliv pa imajo plazemske membrane. Tudi notranji so na primer obdani z zaščitnimi membranami.

Struktura celične membrane

Plazemska membrana je v glavnem sestavljena iz mešanice beljakovin in lipidov. Odvisno od lokacije in vloge membrane v telesu lahko lipidi sestavljajo od 20 do 80 odstotkov membrane, preostanek pa so beljakovine. Medtem ko lipidi pomagajo dati membrani prožnost, beljakovine nadzorujejo in vzdržujejo celično kemijo ter pomagajo pri transportu molekul skozi membrano.

Membranski lipidi

Fosfolipidi so glavna sestavina plazemskih membran. Tvorijo lipidni dvosloj, v katerem se hidrofilne (ki jih voda privlači) glave spontano organizirajo tako, da so obrnjene proti vodnemu citosolu in zunajcelični tekočini, medtem ko so hidrofobne (vodo odbijajoče) repne regije obrnjene stran od citosola in zunajcelične tekočine. Lipidni dvosloj je polprepusten, kar omogoča le nekaterim molekulam, da difundirajo skozi membrano.

Holesterol je še ena lipidna sestavina membran živalskih celic. Molekule holesterola so selektivno razpršene med membranskimi fosfolipidi. To pomaga vzdrževati togost celičnih membran, saj preprečuje, da bi se fosfolipidi zbili pretesno skupaj. Holesterola v celičnih membranah rastlin ni.

Glikolipidi se nahajajo na zunanji površini celičnih membran in so z njimi povezani z verigo ogljikovih hidratov. Celici pomagajo prepoznati druge celice v telesu.

Membranski proteini

Celična membrana vsebuje dve vrsti povezanih beljakovin. Beljakovine periferne membrane so zunanje in so z njo povezane z interakcijo z drugimi beljakovinami. Integralni membranski proteini se vnašajo v membrano in večina prehaja skozi. Deli teh transmembranskih proteinov se nahajajo na obeh straneh.

Beljakovine plazemske membrane imajo številne različne funkcije. Strukturne beljakovine zagotavljajo podporo in obliko celicam. Membranski receptorski proteini pomagajo celicam komunicirati z zunanjim okoljem s pomočjo hormonov, nevrotransmiterjev in drugih signalnih molekul. Transportni proteini, kot so globularni proteini, prenašajo molekule skozi celične membrane z olajšano difuzijo. Na glikoproteine ​​je vezana veriga ogljikovih hidratov. Vgrajeni so v celično membrano in pomagajo pri izmenjavi in ​​transportu molekul.

Beseda membrana ima več pomenov, na splošno pa izraz pomeni tanko prožno pregrado, membrano ali ploščo, ki lahko opravlja različne funkcije. V tem članku vam bomo povedali, kaj je membrana z vidika biologije in tehnologije.

Membrana v biologiji

Membrana (ali celična membrana) je elastična molekularna struktura, katere naloga je zaščititi celico pred okoljem. Celična membrana zagotavlja njeno celovitost in je odgovorna tudi za presnovne procese med okoljem in celico.

Celična membrana je sestavljena iz beljakovin in lipidov in ima debelino približno 7 nm. Vsak "gradnik" membrane je odgovoren za določeno funkcijo danega celičnega organa. Lipidi v membrani so predstavljeni s tremi vrstami - fosfolipidi, glikolipidi in holesterol.

Fosfolipidi in glikolipidi tvorijo hidrofobne in hidrofilne dele (hidrofobni deli so usmerjeni v celico, hidrofilni deli pa navzven), ki uravnavajo izmenjavo vode in podobnih molekul med celico in okoljem. Holesterol daje membrani togost.

Beljakovine, ki tvorijo membrano, lahko opravljajo številne funkcije; na primer, obstajajo transportne beljakovine, ki pomagajo potrebnim snovem vstopiti v celico.

Membrana v tehnologiji

Varnostna membrana je del membranske varnostne naprave, katere naloga je zagotoviti potrebno sproščanje parno-plinske mešanice pri določenem tlaku. Takšne naprave se uporabljajo kot varovalke za procesno opremo, cevovode itd.

V prisotnosti nevarnih preobremenitev membrana poči, kar zagotavlja potrebno "razelektritev", hkrati pa ohranja celovitost dragega in zapletenega tehničnega sistema.

Poiščite več zanimivih konceptov v razdelku.

Biološke membrane- splošno ime za funkcionalno aktivne površinske strukture, ki vežejo celice (celične ali plazemske membrane) in znotrajcelične organele (membrane mitohondrijev, jedra, lizosomov, endoplazmatskega retikuluma itd.). Vsebujejo lipide, beljakovine, heterogene molekule (glikoproteine, glikolipide) in glede na funkcijo, ki jo opravljajo, številne manj pomembne sestavine: koencime, nukleinske kisline, antioksidante, karotenoide, anorganske ione itd.

Usklajeno delovanje membranskih sistemov - receptorjev, encimov, transportnih mehanizmov - pomaga ohranjati celično homeostazo in se hkrati hitro odziva na spremembe v zunanjem okolju.

TO osnovne funkcije bioloških membran lahko pripišemo:

· ločitev celice od okolja in nastanek znotrajceličnih predelkov (kompartmentov);

· nadzor in regulacija transporta najrazličnejših snovi skozi membrane;

· sodelovanje pri zagotavljanju medceličnih interakcij, prenos signalov v celico;

· pretvorba energije živilskih organskih snovi v energijo kemičnih vezi molekul ATP.

Molekularna organizacija plazemske (celične) membrane je v vseh celicah približno enaka: sestavljena je iz dveh plasti lipidnih molekul, v katerih je veliko specifičnih beljakovin. Nekateri membranski proteini imajo encimsko aktivnost, drugi pa vežejo hranila iz okolja in jih prenašajo v celico preko membran. Membranske beljakovine se razlikujejo po naravi povezave z membranskimi strukturami. Nekatere beljakovine imenovane zunanji ali periferni , so ohlapno vezani na površino membrane, drugi, imenovani notranji ali integralni , potopljen v membrano. Periferne proteine ​​zlahka ekstrahiramo, integralne pa lahko izoliramo le z detergenti ali organskimi topili. Na sl. Slika 4 prikazuje zgradbo plazemske membrane.

Zunanje ali plazemske membrane številnih celic, pa tudi membrane znotrajceličnih organelov, na primer mitohondrijev, kloroplastov, so bile izolirane v prosti obliki in preučene so bile njihove molekularne sestave. Vse membrane vsebujejo polarne lipide v količinah, ki se gibljejo od 20 do 80 % njihove mase, odvisno od tipa membrane, ostalo so predvsem beljakovine. Tako je v plazemskih membranah živalskih celic količina beljakovin in lipidov praviloma približno enaka; notranja mitohondrijska membrana vsebuje približno 80% beljakovin in le 20% lipidov, medtem ko mielinske membrane možganskih celic, nasprotno, vsebujejo približno 80% lipidov in le 20% beljakovin.

riž. 4. Zgradba plazemske membrane

Lipidni del membrane je mešanica različnih vrst polarnih lipidov. Polarni lipidi, kamor sodijo fosfoglicerolipidi, sfingolipidi in glikolipidi, se ne shranjujejo v maščobnih celicah, ampak so vgrajeni v celične membrane in v točno določenih razmerjih.

Vsi polarni lipidi v membranah se med presnovnim procesom nenehno obnavljajo; v celici se v normalnih pogojih vzpostavi dinamično stacionarno stanje, v katerem je hitrost sinteze lipidov enaka hitrosti njihovega razpada.

Membrane živalskih celic vsebujejo predvsem fosfoglicerolipide in v manjši meri sfingolipide; triacilglicerole najdemo le v sledovih. Nekatere membrane živalskih celic, zlasti zunanja plazemska membrana, vsebujejo znatne količine holesterola in njegovih estrov (slika 5).

Slika 5. Membranski lipidi

Trenutno je splošno sprejet model strukture membrane model tekočega mozaika, ki sta ga leta 1972 predlagala S. Singer in J. Nicholson.

Po njem lahko beljakovine primerjamo z ledenimi gorami, ki plavajo v lipidnem morju. Kot je navedeno zgoraj, obstajata dve vrsti membranskih proteinov: integralni in periferni. Integralni proteini prodrejo skozi membrano; amfipatske molekule. Periferni proteini ne predrejo membrane in so nanjo slabše vezani. Glavni kontinuirani del membrane, to je njen matriks, je polarni lipidni dvosloj. Pri normalni temperaturi celice je matriks v tekočem stanju, kar zagotavlja določeno razmerje med nasičenimi in nenasičenimi maščobnimi kislinami v hidrofobnih repih polarnih lipidov.

Model tekočega mozaika tudi predpostavlja, da so na površini integralnih proteinov, ki se nahajajo v membrani, R-skupine aminokislinskih ostankov (predvsem hidrofobne skupine, zaradi katerih se proteini navidezno "raztapljajo" v osrednjem hidrofobnem delu dvosloja) . Hkrati pa so na površini perifernih oziroma zunanjih proteinov predvsem hidrofilne R-skupine, ki jih zaradi elektrostatičnih sil privlačijo hidrofilno nabite polarne glave lipidov. Integralni proteini, ki vključujejo encime in transportne proteine, so aktivni le, če se nahajajo znotraj hidrofobnega dela dvosloja, kjer pridobijo prostorsko konfiguracijo, potrebno za manifestacijo aktivnosti (slika 6). Še enkrat je treba poudariti, da se kovalentne vezi ne tvorijo niti med molekulami v dvosloju niti med proteini in lipidi dvosloja.

Slika 6. Membranski proteini

Membranski proteini se lahko prosto gibljejo v stranski ravnini. Periferni proteini dobesedno plavajo na površini dvoslojnega "morja", medtem ko so integralni proteini, kot so ledene gore, skoraj popolnoma potopljeni v plast ogljikovodikov.

Večinoma so membrane asimetrične, to je, da imajo neenake stranice. Ta asimetrija se kaže v naslednjem:

· prvič, da se notranja in zunanja stran plazemskih membran bakterijskih in živalskih celic razlikujeta po sestavi polarnih lipidov. Na primer, notranja lipidna plast membran človeških eritrocitov vsebuje predvsem fosfatidiletanolamin in fosfatidilserin, zunanja plast pa vsebuje fosfatidilholin in sfingomielin.

Drugič, nekateri transportni sistemi v membranah delujejo le v eno smer. Na primer, v membranah eritrocitov obstaja transportni sistem ("črpalka"), ki črpa ione Na + iz celice v okolje in ione K + v celico zaradi energije, ki se sprosti med hidrolizo ATP.

· tretjič, zunanja površina plazemske membrane vsebuje zelo veliko oligosaharidnih skupin, ki so glikolipidne glave in oligosaharidne stranske verige glikoproteinov, medtem ko na notranji površini plazemske membrane oligosaharidnih skupin praktično ni.

Asimetrija bioloških membran se ohranja zaradi dejstva, da je prenos posameznih fosfolipidnih molekul z ene strani lipidnega dvosloja na drugo iz energetskih razlogov zelo otežen. Polarna lipidna molekula se lahko prosto giblje na svoji strani dvosloja, vendar ima omejeno sposobnost skoka na drugo stran.

Mobilnost lipidov je odvisna od relativne vsebnosti in vrste prisotnih nenasičenih maščobnih kislin. Ogljikovodikova narava verig maščobnih kislin daje membrani lastnosti fluidnosti in mobilnosti. V prisotnosti cis-nenasičenih maščobnih kislin so kohezijske sile med verigami šibkejše kot v primeru samih nasičenih maščobnih kislin, lipidi pa ostanejo zelo mobilni tudi pri nizkih temperaturah.

Na zunanji strani membrane so specifične prepoznavne regije, katerih funkcija je prepoznavanje določenih molekularnih signalov. Na primer, skozi membrano nekatere bakterije zaznajo rahle spremembe v koncentraciji hranila, kar spodbudi njihovo gibanje proti viru hrane; ta pojav se imenuje kemotaksija.

Membrane različnih celic in znotrajceličnih organelov imajo zaradi svoje zgradbe, kemične sestave in funkcij določene specifičnosti. V evkariontskih organizmih ločimo naslednje glavne skupine membran:

plazemska membrana (zunanja celična membrana, plazmalema),

· jedrska membrana,

endoplazmatski retikulum,

membrane Golgijevega aparata, mitohondrije, kloroplaste, mielinske ovojnice,

ekscitabilne membrane.

V prokariontskih organizmih so poleg plazemske membrane še intracitoplazmatske membranske tvorbe, v heterotrofnih prokariontih se imenujejo mezosomi. Slednji nastanejo z invaginacijo zunanje celične membrane in v nekaterih primerih ohranijo stik z njo.

Membrana rdečih krvnih celic sestoji iz beljakovin (50%), lipidov (40%) in ogljikovih hidratov (10%). Večina ogljikovih hidratov (93%) je povezana z beljakovinami, ostalo z lipidi. V membrani so lipidi razporejeni asimetrično, za razliko od simetrične razporeditve v micelih. Na primer, cefalin se nahaja pretežno v notranji lipidni plasti. Ta asimetrija se očitno ohranja zaradi prečnega gibanja fosfolipidov v membrani, ki se izvaja s pomočjo membranskih proteinov in zaradi presnovne energije. Notranja plast membrane eritrocitov vsebuje predvsem sfingomielin, fosfatidiletanolamin, fosfatidilserin, zunanja plast pa vsebuje fosfatidilholin. Membrana rdečih krvničk vsebuje integralni glikoprotein glikoforin, ki je sestavljen iz 131 aminokislinskih ostankov in prodira skozi membrano, ter tako imenovani protein pas 3, sestavljen iz 900 aminokislinskih ostankov. Sestavine ogljikovih hidratov glikoforina opravljajo receptorsko funkcijo za viruse gripe, fitohemaglutinine in številne hormone. Drug integralni protein je bil najden v membrani eritrocitov, ki vsebuje malo ogljikovih hidratov in prodira skozi membrano. Kličejo ga tunelske beljakovine(komponenta a), saj se domneva, da tvori kanal za anione. Periferni protein, povezan z notranjo stranjo membrane eritrocitov, je spektrin.

Mielinske membrane , ki obdajajo aksone nevronov, so večplastni, vsebujejo veliko količino lipidov (približno 80%, polovica jih je fosfolipidov). Proteini teh membran so pomembni za fiksiranje membranskih soli.

Kloroplastne membrane. Kloroplasti so prekriti z dvoslojno membrano. Zunanja membrana ima nekaj podobnosti z mitohondriji. Poleg te površinske membrane imajo kloroplasti notranji membranski sistem - lamele. Lamele tvorijo bodisi sploščene mehurčke - tilakoide, ki se nahajajo drug nad drugim in so zbrani v pakiranjih (grane) ali tvorijo stromalni membranski sistem (stromalne lamele). Lamele grane in strome na zunanji strani tilakoidne membrane so koncentrirane hidrofilne skupine, galakto- in sulfolipidi. Fitolni del molekule klorofila je potopljen v globulo in je v stiku s hidrofobnimi skupinami proteinov in lipidov. Porfirinska jedra klorofila so večinoma lokalizirana med kontaktnimi membranami tilakoidov grane.

Notranja (citoplazemska) membrana bakterij njegova struktura je podobna notranjim membranam kloroplastov in mitohondrijev. V njem so lokalizirani encimi dihalne verige in aktivni transport; encimi, ki sodelujejo pri tvorbi membranskih komponent. Prevladujoča sestavina bakterijskih membran so beljakovine: razmerje beljakovin/lipidov (masno) je 3:1. Zunanja membrana gramnegativnih bakterij v primerjavi s citoplazmatsko membrano vsebuje manjšo količino različnih fosfolipidov in beljakovin. Obe membrani se razlikujeta po lipidni sestavi. Zunanja membrana vsebuje beljakovine, ki tvorijo pore za prodiranje številnih nizkomolekularnih snovi. Značilna sestavina zunanje membrane je tudi specifičen lipopolisaharid. Številni proteini zunanje membrane služijo kot receptorji za fage.

Virusna membrana. Med virusi so membranske strukture značilne za tiste, ki vsebujejo nukleokapsid, ki je sestavljen iz beljakovin in nukleinske kisline. To »jedro« virusov je obdano z membrano (ovojnico). Sestavljen je tudi iz lipidnega dvosloja z vgrajenimi glikoproteini, ki se nahajajo predvsem na površini membrane. Pri številnih virusih (mikrovirusih) je 70-80% vseh beljakovin v membranah, preostali proteini pa so v nukleokapsidu.

Tako so celične membrane zelo kompleksne strukture; njihovi sestavni molekularni kompleksi tvorijo urejen dvodimenzionalni mozaik, ki površini membrane daje biološko specifičnost.