Ką daro ląstelės membrana. Ląstelės membrana: jos struktūra ir funkcijos

Pagrindinis gyvo organizmo struktūrinis vienetas yra ląstelė, kuri yra diferencijuota citoplazmos dalis, apsupta ląstelės membranos. Atsižvelgiant į tai, kad ląstelė atlieka daug svarbių funkcijų, tokių kaip dauginimasis, mityba, judėjimas, apvalkalas turi būti plastiškas ir tankus.

Ląstelės membranos atradimo ir tyrimų istorija

1925 metais Grendelis ir Gorderis atliko sėkmingą eksperimentą, siekdami nustatyti eritrocitų „šešėlius“ arba tuščius apvalkalus. Nepaisant kelių grubių klaidų, mokslininkai atrado lipidų dvigubą sluoksnį. Jų darbą tęsė Danielli, Dawson 1935 m., Robertsonas 1960 m. Dėl daugelio metų darbo ir besikaupiančių ginčų 1972 m. Singeris ir Nicholsonas sukūrė skystą 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“. Taigi pažymėkite ląstelės sieną, kuri yra natūrali kliūtis tarp vidinio turinio ir išorinės aplinkos. Ląstelės membranos struktūra rodo pusiau pralaidumą, dėl kurios drėgmė ir maistinės medžiagos bei skilimo produktai gali laisvai praeiti pro ją. Šį apvalkalą galima pavadinti pagrindiniu struktūriniu ląstelės organizavimo komponentu.

Apsvarstykite pagrindines ląstelės membranos funkcijas

1. Atskiria vidinį ląstelės turinį ir išorinės aplinkos komponentus.

2. Padeda palaikyti pastovią ląstelės cheminę sudėtį.

3. Reguliuoja teisingą medžiagų apykaitą.

4. Suteikia ląstelių tarpusavio ryšį.

5. Atpažįsta signalus.

6. Apsaugos funkcija.

"Plazmos apvalkalas"

Išorinė ląstelės membrana, dar vadinama plazmine membrana, yra ultramikroskopinė plėvelė, kurios storis yra nuo penkių iki septynių nanometrų. Jį daugiausia sudaro baltymų junginiai, fosfolidas, vanduo. Plėvelė yra elastinga, lengvai sugeria vandenį, taip pat greitai atkuria vientisumą po pažeidimo.

Skiriasi universalia struktūra. Ši membrana užima ribinę padėtį, dalyvauja selektyvaus pralaidumo, skilimo produktų išskyrimo procese, juos sintetina. Santykiai su „kaimynais“ ir patikima vidinio turinio apsauga nuo pažeidimų daro jį svarbiu komponentu tokiame dalyke kaip ląstelės struktūra. Kartais pasirodo, kad gyvūnų organizmų ląstelių membrana yra padengta ploniausiu sluoksniu - glikokaliksu, kuriame yra baltymų ir polisacharidų. Augalų ląstelės už membranos yra apsaugotos ląstelės sienele, kuri veikia 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 nanometrų. Ląstelės ląstelės membrana turi ypatingą sudėtį, kurios pagrindas yra lipidų dvisluoksnis sluoksnis. Hidrofobinės uodegos, kurios yra inertiškos vandeniui, yra viduje, o hidrofilinės galvutės, kurios sąveikauja su vandeniu, yra pasuktos į išorę. Kiekvienas lipidas yra fosfolipidas, atsirandantis dėl medžiagų, tokių kaip glicerolis ir sfingozinas, sąveikos. Lipidų karkasas yra glaudžiai apsuptas baltymų, išsidėsčiusių nenutrūkstamame sluoksnyje. 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 yra fermentai, kiti – transportiniai baltymai, pernešantys įvairias medžiagas iš išorinės aplinkos į citoplazmą ir atvirkščiai.

Ląstelės membrana yra persmelkta ir glaudžiai sujungta su vientisais baltymais, o ryšys su periferiniais yra silpnesnis. 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. Šiuo atveju branduolys gali nukentėti nuo išorinių poveikių.

Savybės

Ląstelės ląstelės membrana turi įdomių savybių. Dėl savo sklandumo šis apvalkalas nėra standi struktūra, o didžioji dalis baltymų ir lipidų, sudarančių jo sudėtį, laisvai juda membranos plokštumoje.

Apskritai ląstelės membrana yra asimetrinė, todėl baltymų ir lipidų sluoksnių sudėtis skiriasi. Gyvūnų ląstelių plazminės membranos išorinėje pusėje turi glikoproteininį sluoksnį, kuris atlieka receptorių ir signalo funkcijas, taip pat atlieka svarbų vaidmenį ląstelių jungimosi 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 jonams būdingas kitoks santykis: jų skaičius 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 išpumpuojami į ląstelės paviršių, o kalio jonai – į vidų. Ši savybė yra įtraukta į svarbiausias ląstelės membranos funkcijas.

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 ląstelė maitinama per ląstelės membraną?

Daugelis ląstelių paima medžiagas per tokius procesus kaip fagocitozė ir pinocitozė. Pirmajame variante nedidelę įdubą sukuria lanksti išorinė membrana, kurioje yra užfiksuota dalelė. Tada įdubos skersmuo tampa didesnis, kol apsupta dalelė patenka į ląstelės citoplazmą. Fagocitozės būdu maitinami kai kurie pirmuonys, pavyzdžiui, ameba, 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.

Daugelyje pagrindinių audinių komponentų membranos paviršiuje yra išsikišimai, raukšlės ir mikrovileliai. Augalų ląstelės šio apvalkalo išorėje yra padengtos kitu, storu ir aiškiai matomu mikroskopu. Pluoštas, iš kurio jie pagaminti, padeda formuoti atramą augalų audiniams, tokiems kaip mediena. Gyvūnų ląstelės taip pat turi daugybę išorinių struktūrų, kurios yra ant ląstelės membranos. Jie yra išskirtinai apsauginės prigimties, to pavyzdys yra chitinas, esantis vabzdžių vidinėse ląstelėse.

Be ląstelės 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 reiškia reikšmingą bendro ląstelės paviršiaus ploto padidėjimą, medžiagų apykaitos procesų gerinimą. Šią molekulinę struktūrą sudaro baltymai ir lipidai. Atskirdama ląstelę nuo išorinės aplinkos, membrana užtikrina jos vientisumą. Su jo pagalba tarpląsteliniai ryšiai palaikomi pakankamai stipriame lygyje, formuojant audinius. Šiuo atžvilgiu galime daryti išvadą, kad vieną iš svarbiausių vaidmenų ląstelėje atlieka ląstelės membrana. Struktūra ir jos atliekamos funkcijos skirtingose ​​ląstelėse kardinaliai skiriasi, priklausomai nuo jų paskirties. Dėl šių savybių pasiekiamas įvairus ląstelių membranų fiziologinis aktyvumas ir jų vaidmuo ląstelių ir audinių egzistavimui.

Jo storis yra 8-12 nm, todėl jo neįmanoma apžiūrėti šviesos mikroskopu. Membranos struktūra tiriama elektroniniu mikroskopu.

Plazminę membraną sudaro du lipidų sluoksniai – lipidinis sluoksnis arba dvisluoksnis. Kiekviena molekulė susideda iš hidrofilinės galvos ir hidrofobinės uodegos, o biologinėse membranose lipidai išsidėstę galvomis į išorę, uodegomis į vidų.

Daugybė baltymų molekulių yra panardintos į bilipidinį sluoksnį. Kai kurie iš jų yra membranos paviršiuje (išorėje arba vidinėje), kiti prasiskverbia pro membraną.

Plazminės membranos funkcijos

Membrana apsaugo ląstelės turinį nuo pažeidimų, palaiko ląstelės formą, selektyviai perduoda į ląstelę reikalingas medžiagas ir pašalina medžiagų apykaitos produktus, taip pat užtikrina ryšį tarp ląstelių.

Užtvarinė, ribojanti membranos funkcija suteikia dvigubą lipidų sluoksnį. Jis neleidžia ląstelės turiniui plisti, susimaišyti su aplinka ar tarpląsteliniu skysčiu, neleidžia pavojingoms medžiagoms prasiskverbti į ląstelę.

Nemažai svarbiausių citoplazminės membranos funkcijų atliekama dėl į ją panardintų baltymų. Receptorių baltymų pagalba jis gali pajusti įvairius dirginimus savo paviršiuje. Transporto baltymai sudaro ploniausius kanalus, kuriais kalis, kalcis ir kiti mažo skersmens jonai patenka į ląstelę ir iš jos. Baltymai – savaime užtikrina gyvybinius procesus.

Didelės maisto dalelės, kurios negali praeiti plonais membraniniais kanalais, patenka į ląstelę fagocitozės arba pinocitozės būdu. Bendras šių procesų pavadinimas yra endocitozė.

Kaip atsiranda endocitozė – didelių maisto dalelių įsiskverbimas į ląstelę

Maisto dalelė liečiasi su išorine ląstelės membrana, ir šioje vietoje susidaro invaginacija. Tada dalelė, apsupta membranos, patenka į ląstelę, susidaro virškinamoji, o į susidariusią pūslelę prasiskverbia virškinimo fermentai.

Baltieji kraujo kūneliai, galintys sugauti ir virškinti svetimas bakterijas, vadinami fagocitais.

Pinocitozės atveju membranos invaginacija užfiksuoja ne kietąsias daleles, o skysčio lašelius su joje ištirpusiomis medžiagomis. Šis mechanizmas yra vienas iš pagrindinių medžiagų prasiskverbimo į ląstelę būdų.

Augalų ląstelės, padengtos membrana kietu ląstelės sienelės sluoksniu, nėra pajėgios fagocitozei.

Atvirkštinis endocitozės procesas yra egzocitozė. Susintetintos medžiagos (pavyzdžiui, hormonai) supakuojamos į membranines pūsleles, priartėja, įterpiamos į jas, o pūslelės turinys išstumiamas iš ląstelės. Taigi ląstelė gali atsikratyti ir nereikalingų medžiagų apykaitos produktų.

Šiame straipsnyje bus aprašytos ląstelės membranos struktūros ir veikimo ypatybės. Taip pat vadinama: plazmolema, plazmolema, biomembrana, ląstelės membrana, išorinė ląstelės membrana, ląstelės membrana. Visi aukščiau pateikti pradiniai duomenys bus reikalingi norint aiškiai suprasti nervinio sužadinimo ir slopinimo procesų eigą, sinapsių ir receptorių veikimo principus.

Plazlema yra trijų sluoksnių lipoproteinų membrana, atskirianti ląstelę nuo išorinės aplinkos. Ji taip pat vykdo kontroliuojamą ląstelės ir išorinės aplinkos mainus.

Biologinė membrana yra itin plona bimolekulinė plėvelė, susidedanti iš fosfolipidų, baltymų ir polisacharidų. Pagrindinės jo funkcijos yra barjerinė, mechaninė ir matricinė.

Pagrindinės ląstelės membranos savybės:

- Membranos pralaidumas

- Membranos pusiau pralaidumas

- Selektyvus membranos pralaidumas

- Aktyvus membranos pralaidumas

- Valdomas pralaidumas

- Membranos fagocitozė ir pinocitozė

- Egzocitozė ant ląstelės membranos

- Elektrinių ir cheminių potencialų buvimas ląstelės membranoje

- Membranos elektrinio potencialo pokyčiai

- Membranos dirginimas. Taip yra dėl to, kad membranoje yra specifinių receptorių, kurie liečiasi su signalinėmis medžiagomis. Dėl to dažnai keičiasi ir pačios membranos, ir visos ląstelės būklė. Susijungę su lagandomis (kontrolinėmis medžiagomis), membranoje esantys molekuliniai receptoriai sukelia biocheminius procesus.

- Katalizinis fermentinis ląstelės membranos aktyvumas. Fermentai veikia tiek už ląstelės membranos, tiek iš ląstelės vidaus.

Pagrindinės ląstelės membranos funkcijos

Pagrindinis dalykas ląstelės membranos darbe yra atlikti ir kontroliuoti mainus tarp ląstelės ir tarpląstelinės medžiagos. Tai įmanoma dėl membranos pralaidumo. To paties membranos pralaidumo reguliavimas atliekamas dėl reguliuojamo ląstelės membranos pralaidumo.

Ląstelės membranos struktūra

Ląstelės membrana turi tris sluoksnius. Centrinis sluoksnis – riebalai tiesiogiai tarnauja ląstelei izoliuoti. Jis nepraleidžia vandenyje tirpių medžiagų, tik tirpių riebaluose.

Likę sluoksniai – apatinis ir viršutinis – yra baltymų dariniai, išsibarstę salelių pavidalu riebaliniame sluoksnyje.Tarp šių salelių yra paslėpti transporteriai ir joniniai kanalai, kurie specialiai tarnauja vandenyje tirpioms medžiagoms transportuoti tiek į pačią ląstelę, tiek už jos ribų.

Išsamiau, riebalinį membranos sluoksnį sudaro fosfolipidai ir sfingolipidai.

Membraninių jonų kanalų svarba

Kadangi per lipidinę plėvelę prasiskverbia tik riebaluose tirpios medžiagos: dujos, riebalai ir alkoholiai, o ląstelė turi nuolat patekti ir pašalinti vandenyje tirpias medžiagas, tarp kurių yra ir jonų. Būtent šiems tikslams tarnauja transportinių baltymų struktūros, kurias sudaro kiti du membranos sluoksniai.

Tokios baltymų struktūros susideda iš 2 tipų baltymų – kanalų formuotojų, kurie formuoja skylutes membranoje ir transporterių baltymus, kurie fermentų pagalba prilimpa prie savęs ir perneša jas per reikalingas medžiagas.

Būkite sveiki ir efektyvūs patys!

Ląstelės membrana yra struktūra, dengianti ląstelės išorę. Jis taip pat vadinamas citolema arba plazmolema.

Šis darinys yra sudarytas iš bilipidinio sluoksnio (dvisluoksnio) su jame įterptais baltymais. Angliavandeniai, sudarantys plazmalemą, yra surištos būsenos.

Pagrindiniai plazmalemos komponentai pasiskirsto taip: daugiau nei pusė cheminės sudėties tenka baltymams, ketvirtadalį užima fosfolipidai, dešimtadalį – cholesterolis.

Ląstelių membrana ir jos rūšys

Ląstelės membrana yra plona plėvelė, sudaryta iš lipoproteinų ir baltymų sluoksnių.

Pagal lokalizaciją išskiriamos membraninės organelės, turinčios tam tikrų savybių augalų ir gyvūnų ląstelėse:

• mitochondrijos;
• šerdis;
• endoplazminis Tinklelis;
• Golgi kompleksas;
• lizosomos;
• chloroplastai (augalų ląstelėse).

Taip pat yra vidinė ir išorinė (plazmolemos) ląstelių membrana.

Ląstelės membranos struktūra

Ląstelės membranoje yra angliavandenių, kurie ją dengia glikokalikso pavidalu. Tai viršmembraninė struktūra, kuri atlieka barjerinę funkciją. Čia esantys baltymai yra laisvos būsenos. Nesusirišę baltymai dalyvauja fermentinėse reakcijose, užtikrindami tarpląstelinį medžiagų skaidymą.

Citoplazminės membranos baltymus vaizduoja glikoproteinai. Pagal cheminę sudėtį išskiriami baltymai, kurie yra visiškai įtraukti į lipidų sluoksnį (visą) - integralinius baltymus. Taip pat periferinė, nepasiekianti vieno iš plazmalemos paviršių.

Pirmieji veikia kaip receptoriai, jungiasi prie neurotransmiterių, hormonų ir kitų medžiagų. Inserciniai baltymai yra būtini jonų kanalų, kuriais transportuojami jonai ir hidrofiliniai substratai, statybai. Pastarieji yra fermentai, katalizuojantys tarpląstelines reakcijas.

Pagrindinės plazminės membranos savybės

Dvigubas lipidų sluoksnis neleidžia prasiskverbti vandeniui. Lipidai yra hidrofobiniai junginiai, esantys ląstelėje fosfolipidų pavidalu. Fosfatų grupė yra pasukta į išorę ir susideda iš dviejų sluoksnių: išorinio, nukreipto į tarpląstelinę aplinką, ir vidinio, ribojančio tarpląstelinį turinį.

Vandenyje tirpios sritys vadinamos hidrofilinėmis galvutėmis. Riebalų rūgščių vietos yra nukreiptos ląstelės viduje, hidrofobinių uodegų pavidalu. Hidrofobinė dalis sąveikauja su kaimyniniais lipidais, o tai užtikrina jų prisirišimą vienas prie kito. Dvigubas sluoksnis turi selektyvų pralaidumą įvairiose srityse.

Taigi per vidurį membrana yra nelaidi gliukozei ir karbamidui, čia laisvai praeina hidrofobinės medžiagos: anglies dioksidas, deguonis, alkoholis. Cholesterolis yra svarbus, pastarojo kiekis lemia plazminės membranos klampumą.

Ląstelės išorinės membranos funkcijos

Funkcijų charakteristikos trumpai išvardytos lentelėje:

Kokia yra ląstelės membranos svarba

Ląstelės membrana dalyvauja palaikant homeostazę dėl didelio į ląstelę patenkančių ir iš jos išeinančių medžiagų selektyvumo (biologijoje tai vadinama selektyviu pralaidumu).

Plazmolemos ataugos padalija ląstelę į skyrius (skyrius), atsakingus už tam tikrų funkcijų atlikimą. Specialiai išdėstytos membranos, atitinkančios skysčio-mozaikos schemą, užtikrina ląstelės vientisumą.

Ląstelė— savireguliuojantis audinių ir organų struktūrinis ir funkcinis vienetas. Ląstelinę organų ir audinių sandaros teoriją sukūrė Schleidenas ir Schwannas 1839 m. Vėliau, naudojant elektroninę mikroskopiją ir ultracentrifugavimą, pavyko išsiaiškinti visų pagrindinių gyvūnų ir augalų ląstelių organelių sandarą (1 pav.).

Ryžiai. 1. Gyvūninių organizmų ląstelės sandaros schema

Pagrindinės ląstelės dalys yra citoplazma ir branduolys. Kiekviena ląstelė yra apsupta labai plona membrana, kuri riboja jos turinį.

Ląstelės membrana vadinama plazmos membrana ir pasižymi selektyviniu pralaidumu. Ši savybė leidžia būtinoms maistinėms medžiagoms ir cheminiams elementams prasiskverbti į ląstelę, o produktų perteklius iš jos išeiti. Plazminė membrana susideda iš dviejų lipidų molekulių sluoksnių, į kuriuos įeina specifiniai baltymai. Pagrindiniai membranos lipidai yra fosfolipidai. Juose yra fosforo, poliarinė galvutė ir dvi nepolinės ilgos grandinės riebalų rūgščių uodegos. 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 pasižymi santykinai pastovia lipidų sudėtimi.

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 perkėlimą 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 20–80% masės. Membraniniai baltymai gali laisvai judėti šoninėje plokštumoje.

Membranoje taip pat yra angliavandenių, kurie gali kovalentiškai jungtis su lipidais arba baltymais. Yra trijų tipų membraniniai angliavandeniai: glikolipidai (gangliozidai), glikoproteinai ir proteoglikanai. Dauguma membraninių lipidų yra skystos būsenos ir turi tam tikrą sklandumą, t.y. galimybė pereiti iš vienos srities į kitą. Išorinėje membranos pusėje yra receptorių vietos, kurios suriša įvairius hormonus. Kitos specifinės membranos dalys negali atpažinti ir surišti kai kurių 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 Tinklelis 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 yra laisvai išsidėsčiusios citoplazmoje arba prisitvirtinusios prie išorinio endoplazminio tinklo membranų ir branduolinės membranos paviršiaus. Jie sąveikauja su informacine ir transportine RNR, juose vyksta baltymų sintezė. Jie sintetina baltymus, kurie patenka į cisternas arba Golgi aparatą ir išleidžiami į lauką. Ribosomos, kurios yra laisvos citoplazmoje, sintetina baltymus, kad juos galėtų naudoti pati ląstelė, o ribosomos, susijusios su endoplazminiu tinklu, gamina baltymą, kuris išsiskiria iš ląstelės. Ribosomose sintetinami įvairūs funkciniai baltymai: nešikliai, fermentai, receptoriai, citoskeleto baltymai.

Goldžio kompleksas sudaryta iš kanalėlių, cisternų ir pūslelių sistemos. Jis siejamas su endoplazminiu tinklu, 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 pašalinamos iš ląstelės egzocitozės metu.

Lizosomos - dalelės, apsuptos 0,25-0,8 mikrono dydžio membrana. Juose yra daug fermentų, dalyvaujančių skaidant baltymus, polisacharidus, riebalus, nukleino rūgštis, bakterijas ir ląsteles.

Peroksisomos susidaro iš lygaus endoplazminio tinklelio, primena lizosomas ir turi fermentų, kurie katalizuoja vandenilio peroksido skilimą, kuris skaidomas veikiant peroksidazėms ir katalazei.

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 sintetinamas ATP, oksiduojami Krebso ciklo substratai, atliekama daug biocheminių reakcijų. Mitochondrijose susidariusios ATP molekulės pasklinda į visas ląstelės dalis. Mitochondrijose yra nedidelis kiekis DNR, RNR, ribosomų, joms dalyvaujant vyksta atsinaujinimas ir naujų mitochondrijų sintezė.

Mikrofilamentai yra plonos baltymų gijos, susidedančios iš miozino ir aktino, ir sudaro ląstelės susitraukiamąjį aparatą. Mikrofilamentai dalyvauja formuojant ląstelės membranos raukšles ar iškilimus, taip pat dalyvaujant įvairių struktūrų judėjimui ląstelių viduje.

mikrovamzdeliai sudaro citoskeleto pagrindą ir suteikia jam tvirtumo. Citoskeletas suteikia ląstelėms būdingą išvaizdą ir formą, tarnauja kaip tarpląstelinių organelių ir įvairių kūnų pritvirtinimo vieta. Nervinėse ląstelėse mikrovamzdelių ryšuliai dalyvauja pernešant medžiagas iš ląstelės kūno į aksonų galus. Jiems dalyvaujant, atliekamas mitozinio veleno veikimas ląstelių dalijimosi metu. Jie atlieka eukariotų gaurelių ir žvynelių motorinių elementų vaidmenį.

Šerdis yra pagrindinė ląstelės struktūra, dalyvauja perduodant paveldimus bruožus 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. Likusioje branduolio dalyje yra chromatinas, susidedantis iš DNR, RNR ir daugybės specifinių baltymų.

Ląstelės membranos funkcijos

Ląstelių membranos vaidina svarbų vaidmenį reguliuojant tarpląstelinį ir tarpląstelinį metabolizmą. Jie yra selektyvūs. Jų specifinė struktūra leidžia atlikti barjerines, transportavimo ir reguliavimo funkcijas.

barjero funkcija Jis pasireiškia ribojant vandenyje ištirpusių junginių prasiskverbimą per membraną. Membrana yra nepralaidi didelėms baltymų molekulėms ir organiniams anijonams.

Reguliavimo funkcija membrana yra ląstelių metabolizmo reguliavimas reaguojant į cheminius, biologinius ir mechaninius poveikius. Įvairią įtaką suvokia specialūs membranos receptoriai, vėliau pasikeičia fermentų aktyvumas.

transportavimo funkcija per biologines membranas gali būti vykdomas pasyviai (difuzija, filtravimas, osmosas) arba aktyvaus transportavimo pagalba.

difuzija - dujų arba tirpių medžiagų judėjimas pagal koncentraciją ir elektrocheminį gradientą. Difuzijos greitis priklauso nuo ląstelės membranos pralaidumo, taip pat koncentracijos gradiento neįkrautoms dalelėms, elektrinio ir koncentracijos gradiento įkrautoms dalelėms. paprasta difuzija atsiranda per lipidų dvisluoksnį arba per kanalus. Įkrautos dalelės juda pagal elektrocheminį gradientą, o neįkrautos dalelės seka 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 uždaromus ir nekontroliuojamus kanalus. Priklausomai nuo selektyvumo, yra jonams atrankiniai lynai, kurie praleidžia tik vieną joną, ir kanalai, kurie neturi selektyvumo. Kanalai turi burną ir selektyvų filtrą, o valdomi kanalai turi vartų mechanizmą.

Supaprastinta difuzija - procesas, kurio metu medžiagos pernešamos per membraną specialiais membranos nešikliais. Tokiu būdu į ląstelę patenka aminorūgštys ir monocukrūs. Ši transporto rūšis yra labai greita.

Osmosas - vandens judėjimas per membraną iš tirpalo su mažesniu osmosiniu slėgiu į tirpalą su didesniu osmosiniu slėgiu.

Aktyvus transportas - medžiagų perkėlimas nuo koncentracijos gradiento naudojant transportavimo ATPazes (joninius siurblius). Šis perdavimas vyksta sunaudojant energiją.

Na + /K + -, Ca 2+ - ir H + siurbliai buvo ištirti plačiau. Siurbliai yra ant ląstelių membranų.

Aktyvaus transporto rūšis yra endocitozė Ir egzocitozė.Šių mechanizmų pagalba pernešamos didesnės medžiagos (baltymai, polisacharidai, nukleorūgštys), kurių negalima pernešti kanalais. Šis transportas dažniau pasitaiko žarnyno epitelio ląstelėse, inkstų kanalėliuose ir kraujagyslių endotelyje.

At Endocitozės metu ląstelių membranos sudaro invaginacijas į ląstelę, kurios, surištos, virsta pūslelėmis. Egzocitozės metu pūslelės su turiniu perkeliamos į ląstelės membraną ir su ja susilieja, o pūslelių turinys patenka į tarpląstelinę aplinką.

Ląstelės membranos struktūra ir funkcijos

Norint suprasti procesus, užtikrinančius elektrinių potencialų egzistavimą gyvose ląstelėse, pirmiausia reikia suprasti ląstelės membranos sandarą ir jos savybes.

Šiuo metu didžiausio pripažinimo sulaukia 1972 metais S. Singerio ir G. Nicholsono pasiūlytas skystas-mozaikinis membranos modelis. į supančią vandens aplinką (2 pav.).

Membraniniai baltymai yra lokalizuoti membranos paviršiuje arba gali būti įterpti į skirtingą hidrofobinės zonos gylį. Kai kurie baltymai prasiskverbia pro membraną pro ir kiaurai, o skirtingos hidrofilinės to paties baltymo grupės randamos abiejose ląstelės membranos pusėse. Plazminėje membranoje esantys baltymai atlieka labai svarbų vaidmenį: jie dalyvauja formuojant jonų kanalus, atlieka membraninių siurblių ir įvairių medžiagų nešėjų 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 sąlyginai pastovų įvairių medžiagų kiekį ląstelių viduje. Taigi, ląstelės membrana gali sulėtinti įvairių medžiagų difuziją 100 000-10 000 000 kartų.

Ryžiai. 2. Singer-Nicolson membranos skysčio-mozaikos modelio trimatė schema

Rodomi rutuliniai integraliniai baltymai, įterpti į lipidų dvigubą sluoksnį. Kai kurie baltymai yra jonų kanalai, kiti (glikoproteinai) turi oligosacharidų šoninių grandinių, dalyvaujančių ląstelių atpažinime ir tarpląsteliniame audinyje. Cholesterolio molekulės yra glaudžiai šalia fosfolipidų galvučių ir fiksuoja gretimas „uodegų“ sritis. Vidinės fosfolipidų molekulės uodegų dalys nėra ribojamos jų judėjime ir yra atsakingos už membranos sklandumą (Bretscher, 1985).

Membranoje yra kanalai, pro kuriuos prasiskverbia jonai. Kanalai priklauso nuo potencialo ir yra nepriklausomi. Potencialūs kanalai atidaryti, kai pasikeičia potencialų skirtumas, ir nuo potencialo nepriklausomas(reguliuojamas hormonais) atsidaro, kai receptoriai sąveikauja su medžiagomis. Vartelių dėka kanalus galima atidaryti arba uždaryti. Į membraną įmontuoti dviejų tipų vartai: aktyvinimas(kanalo gylyje) ir inaktyvavimas(kanalo paviršiuje). Vartai gali būti vienoje iš trijų būsenų:

• atvira būsena (atviri abiejų tipų vartai);
• uždara būsena (uždaryti aktyvavimo vartai);
• inaktyvavimo būsena (inaktyvavimo vartai yra uždaryti).

Kitas būdingas membranų bruožas yra galimybė selektyviai pernešti 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 jų, 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 burną išklojančių grupių cheminė prigimtis.

Šiuo metu labiausiai ištirti kanalai, turintys selektyvų pralaidumą Na +, K +, Ca 2+ jonams ir vandeniui (vadinamieji akvaporinai). Jonų kanalų skersmuo, įvairių tyrimų duomenimis, yra 0,5-0,7 nm. Galima keisti kanalų pralaidumą, vienu jonų kanalu gali praeiti 10 7 - 10 8 jonai per sekundę.

Aktyvus transportavimas vyksta naudojant energiją ir yra vykdomas vadinamaisiais jonų siurbliais. Jonų siurbliai yra molekulinės baltymų struktūros, įterptos į membraną ir vykdančios jonų perdavimą į didesnį elektrocheminį potencialą.

Siurbliai veikia dėl ATP hidrolizės energijos. Šiuo metu Na + / K + - ATPazė, Ca 2+ - ATPazė, H + - ATPazė, H + / K + - ATPazė, Mg 2+ - ATPazė, kurios užtikrina Na +, K +, Ca 2+, H +, Mg 2+ jonų judėjimą izoliuotai arba konjuguotai (Na + ir K +; atitinkamai gerai ištirti H + ir K +). Aktyvaus transportavimo molekulinis mechanizmas nebuvo iki galo išaiškintas.