O que a membrana celular faz. Membrana celular: sua estrutura e funções

A unidade estrutural básica de um organismo vivo é uma célula, que é uma seção diferenciada do citoplasma cercada por uma membrana celular. Tendo em vista que a célula desempenha muitas funções importantes, como reprodução, nutrição, movimento, a casca deve ser plástica e densa.

História da descoberta e pesquisa da membrana celular

Em 1925, Grendel e Gorder fizeram um experimento bem-sucedido para identificar as "sombras" dos eritrócitos, ou conchas vazias. Apesar de vários erros grosseiros cometidos, os cientistas descobriram a bicamada lipídica. Seu trabalho foi continuado por Danielli, Dawson em 1935, Robertson em 1960. Como resultado de muitos anos de trabalho e acúmulo de argumentos em 1972, Singer e Nicholson criaram um modelo de mosaico fluido da estrutura da membrana. Outras experiências e estudos confirmaram os trabalhos dos cientistas.

Significado

O que é uma membrana celular? Esta palavra começou a ser usada há mais de cem anos, traduzida do latim significa "filme", ​​"pele". Portanto, designe a borda da célula, que é uma barreira natural entre o conteúdo interno e o ambiente externo. A estrutura da membrana celular sugere semipermeabilidade, devido à qual a umidade, os nutrientes e os produtos de decomposição podem passar livremente por ela. Essa casca pode ser chamada de principal componente estrutural da organização da célula.

Considere as principais funções da membrana celular

1. Separa o conteúdo interno da célula e os componentes do ambiente externo.

2. Ajuda a manter uma composição química constante da célula.

3. Regula o metabolismo correto.

4. Fornece interconexão entre as células.

5. Reconhece sinais.

6. Função de proteção.

"Concha de Plasma"

A membrana celular externa, também chamada de membrana plasmática, é um filme ultramicroscópico com cinco a sete nanômetros de espessura. Consiste principalmente em compostos de proteínas, fosfolídeos, água. O filme é elástico, absorve facilmente a água e também restaura rapidamente sua integridade após danos.

Difere em uma estrutura universal. Esta membrana ocupa uma posição limite, participa do processo de permeabilidade seletiva, excreção de produtos de decomposição, sintetiza-os. A relação com os "vizinhos" e a proteção confiável do conteúdo interno contra danos o tornam um componente importante em questões como a estrutura da célula. A membrana celular dos organismos animais às vezes é coberta com a camada mais fina - o glicocálice, que inclui proteínas e polissacarídeos. As células vegetais fora da membrana são protegidas por uma parede celular que atua como suporte e mantém a forma. O principal componente de sua composição é a fibra (celulose) - um polissacarídeo insolúvel em água.

Assim, a membrana celular externa desempenha a função de reparo, proteção e interação com outras células.

A estrutura da membrana celular

A espessura dessa casca móvel varia de seis a dez nanômetros. A membrana celular de uma célula tem uma composição especial, cuja base é a bicamada lipídica. As caudas hidrofóbicas, inertes à água, estão localizadas no interior, enquanto as cabeças hidrofílicas, que interagem com a água, estão voltadas para fora. Cada lipídio é um fosfolipídio, resultado da interação de substâncias como glicerol e esfingosina. O andaime lipídico está intimamente rodeado por proteínas, que estão localizadas em uma camada não contínua. Alguns deles estão imersos na camada lipídica, o restante passa por ela. Como resultado, áreas permeáveis ​​à água são formadas. As funções desempenhadas por essas proteínas são diferentes. Algumas delas são enzimas, as demais são proteínas transportadoras que transportam várias substâncias do ambiente externo para o citoplasma e vice-versa.

A membrana celular é permeada e intimamente conectada com proteínas integrais, enquanto a conexão com as periféricas é menos forte. Essas proteínas desempenham uma função importante, que é manter a estrutura da membrana, receber e converter sinais do ambiente, transportar substâncias e catalisar reações que ocorrem nas membranas.

Composto

A base da membrana celular é uma camada bimolecular. Devido à sua continuidade, a célula possui propriedades de barreira e mecânicas. Em diferentes fases da vida, esta bicamada pode ser rompida. Como resultado, são formados defeitos estruturais de poros hidrofílicos. Nesse caso, absolutamente todas as funções de um componente como a membrana celular podem mudar. Neste caso, o núcleo pode sofrer influências externas.

Propriedades

A membrana celular de uma célula tem características interessantes. Devido à sua fluidez, essa casca não é uma estrutura rígida, e a maior parte das proteínas e lipídios que compõem sua composição se movem livremente no plano da membrana.

Em geral, a membrana celular é assimétrica, de modo que a composição das camadas de proteínas e lipídios é diferente. As membranas plasmáticas nas células animais possuem uma camada de glicoproteína em seu lado externo, que desempenha funções de receptor e sinal, e também desempenha um papel importante no processo de combinação de células em tecidos. A membrana celular é polar, ou seja, a carga do lado de fora é positiva e do lado de dentro é negativa. Além de todos os itens acima, a membrana celular tem percepção seletiva.

Isso significa que, além da água, apenas um certo grupo de moléculas e íons de substâncias dissolvidas são permitidos na célula. A concentração de uma substância como o sódio na maioria das células é muito menor do que no ambiente externo. Para íons de potássio, uma proporção diferente é característica: seu número na célula é muito maior do que no ambiente. Nesse sentido, os íons de sódio tendem a penetrar na membrana celular e os íons de potássio tendem a ser liberados para fora. Nessas circunstâncias, a membrana ativa um sistema especial que desempenha um papel de "bombeamento", nivelando a concentração de substâncias: os íons de sódio são bombeados para a superfície da célula e os íons de potássio são bombeados para dentro. Esse recurso está incluído nas funções mais importantes da membrana celular.

Essa tendência dos íons de sódio e potássio de se moverem para dentro da superfície desempenha um papel importante no transporte de açúcar e aminoácidos para dentro da célula. No processo de remoção ativa de íons de sódio da célula, a membrana cria condições para novos influxos de glicose e aminoácidos no interior. Pelo contrário, no processo de transferência de íons de potássio para a célula, o número de "transportadores" de produtos de decomposição de dentro da célula para o ambiente externo é reabastecido.

Como a célula é nutrida através da membrana celular?

Muitas células absorvem substâncias por meio de processos como fagocitose e pinocitose. Na primeira variante, um pequeno recesso é criado por uma membrana externa flexível, na qual a partícula capturada está localizada. Em seguida, o diâmetro do recesso torna-se maior até que a partícula cercada entre no citoplasma da célula. Por meio da fagocitose, alguns protozoários, como a ameba, bem como células sanguíneas - leucócitos e fagócitos, são alimentados. Da mesma forma, as células absorvem o fluido que contém os nutrientes necessários. Esse fenômeno é chamado de pinocitose.

A membrana externa está intimamente ligada ao retículo endoplasmático da célula.

Em muitos tipos de componentes básicos do tecido, saliências, dobras e microvilosidades estão localizadas na superfície da membrana. As células vegetais do lado de fora dessa casca são cobertas por outra, espessa e claramente visível ao microscópio. A fibra de que são feitos ajuda a formar o suporte para os tecidos vegetais, como a madeira. As células animais também têm várias estruturas externas que ficam no topo da membrana celular. São de natureza exclusivamente protetora, exemplo disso é a quitina contida nas células tegumentares dos insetos.

Além da membrana celular, existe uma membrana intracelular. Sua função é dividir a célula em vários compartimentos fechados especializados - compartimentos ou organelas, onde um determinado ambiente deve ser mantido.

Assim, é impossível superestimar o papel de tal componente da unidade básica de um organismo vivo como uma membrana celular. A estrutura e as funções implicam uma expansão significativa da área total da superfície celular, melhoria dos processos metabólicos. Esta estrutura molecular consiste em proteínas e lipídios. Separando a célula do ambiente externo, a membrana garante sua integridade. Com sua ajuda, as ligações intercelulares são mantidas em um nível suficientemente forte, formando tecidos. A este respeito, podemos concluir que um dos papéis mais importantes na célula é desempenhado pela membrana celular. A estrutura e as funções desempenhadas por ela são radicalmente diferentes em diferentes células, dependendo de sua finalidade. Por meio dessas características, é alcançada uma variedade de atividades fisiológicas das membranas celulares e seus papéis na existência de células e tecidos.

Tem uma espessura de 8-12 nm, por isso é impossível examiná-lo com um microscópio de luz. A estrutura da membrana é estudada usando um microscópio eletrônico.

A membrana plasmática é formada por duas camadas de lipídios - a camada lipídica, ou bicamada. Cada molécula consiste em uma cabeça hidrofílica e uma cauda hidrofóbica e, nas membranas biológicas, os lipídios estão localizados com as cabeças para fora e as caudas para dentro.

Numerosas moléculas de proteína estão imersas na camada bilipídica. Alguns deles estão na superfície da membrana (externos ou internos), outros penetram na membrana.

Funções da membrana plasmática

A membrana protege o conteúdo da célula contra danos, mantém a forma da célula, passa seletivamente as substâncias necessárias para a célula e remove produtos metabólicos, além de fornecer comunicação entre as células.

A função de barreira delimitadora da membrana fornece uma dupla camada de lipídios. Não permite que o conteúdo da célula se espalhe, se misture com o meio ambiente ou fluido intercelular e evita a penetração de substâncias perigosas na célula.

Várias das funções mais importantes da membrana citoplasmática são realizadas devido às proteínas imersas nela. Com a ajuda de proteínas receptoras, pode perceber várias irritações em sua superfície. As proteínas de transporte formam os canais mais finos através dos quais potássio, cálcio e outros íons de pequeno diâmetro passam para dentro e para fora da célula. Proteínas - fornecem processos vitais em si.

Grandes partículas de alimentos que são incapazes de passar pelos canais de membrana fina entram na célula por fagocitose ou pinocitose. O nome comum para esses processos é endocitose.

Como ocorre a endocitose - a penetração de grandes partículas de alimentos na célula

A partícula de alimento entra em contato com a membrana externa da célula, e uma invaginação se forma neste local. Então a partícula, cercada por uma membrana, entra na célula, forma-se uma digestiva e as enzimas digestivas penetram na vesícula formada.

Os glóbulos brancos que podem capturar e digerir bactérias estranhas são chamados de fagócitos.

No caso da pinocitose, a invaginação da membrana não captura partículas sólidas, mas gotículas de líquido com substâncias nela dissolvidas. Esse mecanismo é uma das principais vias de penetração de substâncias na célula.

As células vegetais cobertas sobre a membrana com uma camada sólida da parede celular não são capazes de fagocitose.

O processo inverso da endocitose é a exocitose. Substâncias sintetizadas (por exemplo, hormônios) são empacotadas em vesículas de membrana, aproximam-se, são incorporadas nela e o conteúdo da vesícula é ejetado da célula. Assim, a célula também pode se livrar de produtos metabólicos desnecessários.

Este artigo irá descrever as características da estrutura e funcionamento da membrana celular. Também chamado: plasmolema, plasmalema, biomembrana, membrana celular, membrana celular externa, membrana celular. Todos os dados iniciais acima serão necessários para uma compreensão clara do curso dos processos de excitação e inibição nervosa, os princípios de funcionamento das sinapses e receptores.

O plasmalema é uma membrana de lipoproteína de três camadas que separa a célula do ambiente externo. Ele também realiza uma troca controlada entre a célula e o ambiente externo.

A membrana biológica é um filme bimolecular ultrafino composto por fosfolipídios, proteínas e polissacarídeos. Suas principais funções são barreira, mecânica e matricial.

As principais propriedades da membrana celular:

- Permeabilidade da membrana

- Semipermeabilidade da membrana

- Permeabilidade seletiva da membrana

- Permeabilidade da membrana ativa

- Permeabilidade gerenciada

- Fagocitose e pinocitose da membrana

- Exocitose na membrana celular

- A presença de potenciais elétricos e químicos na membrana celular

- Mudanças no potencial elétrico da membrana

- Irritação da membrana. É devido à presença na membrana de receptores específicos que estão em contato com substâncias sinalizadoras. Como resultado disso, o estado da própria membrana e de toda a célula geralmente muda. Após a conexão com lagands (substâncias de controle), os receptores moleculares localizados na membrana desencadeiam processos bioquímicos.

- Actividade enzimática catalítica da membrana celular. As enzimas agem tanto fora da membrana celular quanto dentro da célula.

Funções básicas da membrana celular

O principal no trabalho da membrana celular é realizar e controlar a troca entre a célula e a substância intercelular. Isso é possível devido à permeabilidade da membrana. A regulação do mesmo rendimento da membrana é realizada devido à permeabilidade ajustável da membrana celular.

A estrutura da membrana celular

A membrana celular tem três camadas. A camada central - gordura serve, diretamente, para isolar a célula. Não passa substâncias solúveis em água, apenas solúveis em gordura.

As camadas restantes - as inferiores e superiores - são formações de proteínas espalhadas em forma de ilhas na camada de gordura. Transportadores e canais iônicos estão escondidos entre essas ilhas, que servem especificamente para transportar substâncias solúveis em água para dentro e fora da célula .

Mais detalhadamente, a camada gordurosa da membrana é composta de fosfolipídios e esfingolipídios.

Importância dos Canais Iônicos de Membrana

Como apenas substâncias solúveis em gordura penetram no filme lipídico: gases, gorduras e álcoois, a célula deve entrar e remover constantemente substâncias solúveis em água, que incluem íons. É para esses propósitos que servem as estruturas proteicas de transporte formadas pelas outras duas camadas da membrana.

Essas estruturas proteicas consistem em 2 tipos de proteínas - formadores de canais, que formam orifícios na membrana e proteínas transportadoras, que, com a ajuda de enzimas, se agarram a si mesmas e as transportam pelas substâncias necessárias.

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A membrana celular é a estrutura que cobre o exterior da célula. Também é chamado de citolema ou plasmolema.

Essa formação é construída a partir de uma camada bilipídica (bicamada) com proteínas embutidas nela. Os carboidratos que compõem o plasmalema estão em um estado ligado.

A distribuição dos principais componentes do plasmalema é a seguinte: mais da metade da composição química recai sobre as proteínas, um quarto é ocupado pelos fosfolipídios e um décimo é o colesterol.

Membrana celular e seus tipos

A membrana celular é um filme fino, que é baseado em camadas de lipoproteínas e proteínas.

Por localização, distinguem-se as organelas da membrana, que possuem algumas características nas células vegetais e animais:

• mitocôndria;
• essencial;
• retículo endoplasmático;
• Complexo de Golgi;
• lisossomos;
• cloroplastos (nas células vegetais).

Há também uma membrana celular interna e externa (plasmolema).

A estrutura da membrana celular

A membrana celular contém carboidratos que a cobrem na forma de um glicocálice. Esta é uma estrutura supramembranar que desempenha uma função de barreira. As proteínas localizadas aqui estão em um estado livre. Proteínas não ligadas estão envolvidas em reações enzimáticas, proporcionando a quebra extracelular de substâncias.

As proteínas da membrana citoplasmática são representadas pelas glicoproteínas. De acordo com a composição química, são isoladas proteínas que estão totalmente incluídas na camada lipídica (em toda) - proteínas integrais. Também periférico, não atingindo uma das superfícies do plasmalema.

Os primeiros funcionam como receptores, ligando-se a neurotransmissores, hormônios e outras substâncias. As proteínas de inserção são necessárias para a construção de canais iônicos através dos quais os íons e substratos hidrofílicos são transportados. Estas últimas são enzimas que catalisam reações intracelulares.

Propriedades básicas da membrana plasmática

A bicamada lipídica impede a penetração de água. Os lipídios são compostos hidrofóbicos presentes na célula como fosfolipídios. O grupo fosfato é voltado para fora e é composto por duas camadas: a externa, voltada para o meio extracelular, e a interna, delimitando o conteúdo intracelular.

As áreas solúveis em água são chamadas de cabeças hidrofílicas. Os sítios de ácidos graxos são direcionados para dentro da célula, na forma de caudas hidrofóbicas. A parte hidrofóbica interage com os lipídios vizinhos, o que garante sua ligação entre si. A dupla camada tem permeabilidade seletiva em diferentes áreas.

Assim, no meio, a membrana é impermeável à glicose e à uréia, substâncias hidrofóbicas passam livremente aqui: dióxido de carbono, oxigênio, álcool. O colesterol é importante, o conteúdo deste último determina a viscosidade da membrana plasmática.

Funções da membrana externa da célula

As características das funções são listadas resumidamente na tabela:

Qual a importancia da membrana celular

A membrana celular está envolvida na manutenção da homeostase devido à alta seletividade das substâncias que entram e saem da célula (em biologia isso é chamado de permeabilidade seletiva).

As conseqüências do plasmolema dividem a célula em compartimentos (compartimentos) responsáveis ​​​​pela execução de certas funções. Membranas dispostas especificamente, correspondendo ao esquema de mosaico fluido, garantem a integridade da célula.

Célula— unidade estrutural e funcional autorregulada de tecidos e órgãos. A teoria celular da estrutura dos órgãos e tecidos foi desenvolvida por Schleiden e Schwann em 1839. Posteriormente, por meio de microscopia eletrônica e ultracentrifugação, foi possível elucidar a estrutura de todas as principais organelas das células animais e vegetais (Fig. 1).

Arroz. 1. Esquema da estrutura da célula de organismos animais

As partes principais da célula são o citoplasma e o núcleo. Cada célula é cercada por uma membrana muito fina que limita seu conteúdo.

A membrana celular é chamada membrana de plasma e é caracterizada por permeabilidade seletiva. Essa propriedade permite que os nutrientes e elementos químicos necessários penetrem na célula e o excesso de produtos saia dela. A membrana plasmática consiste em duas camadas de moléculas lipídicas com a inclusão de proteínas específicas nela. Os principais lipídios da membrana são os fosfolipídios. Eles contêm fósforo, uma cabeça polar e duas caudas não polares de ácidos graxos de cadeia longa. Os lípidos de membrana incluem colesterol e ésteres de colesterol. De acordo com o modelo de mosaico fluido da estrutura, as membranas contêm inclusões de proteínas e moléculas lipídicas que podem se misturar em relação à bicamada. Cada tipo de membrana de qualquer célula animal é caracterizado por sua composição lipídica relativamente constante.

As proteínas de membrana são divididas em dois tipos de acordo com sua estrutura: integrais e periféricas. As proteínas periféricas podem ser removidas da membrana sem destruí-la. Existem quatro tipos de proteínas de membrana: proteínas de transporte, enzimas, receptores e proteínas estruturais. Algumas proteínas de membrana têm atividade enzimática, enquanto outras se ligam a certas substâncias e facilitam sua transferência para a célula. As proteínas fornecem vários caminhos para o movimento de substâncias através das membranas: elas formam grandes poros que consistem em várias subunidades de proteínas que permitem que as moléculas de água e os íons se movam entre as células; formam canais iônicos especializados para o movimento de certos tipos de íons através da membrana sob certas condições. As proteínas estruturais estão associadas à camada lipídica interna e fornecem o citoesqueleto da célula. O citoesqueleto dá resistência mecânica à membrana celular. Em várias membranas, as proteínas representam 20 a 80% da massa. As proteínas da membrana podem se mover livremente no plano lateral.

Os carboidratos também estão presentes na membrana, que podem se ligar covalentemente a lipídios ou proteínas. Existem três tipos de carboidratos de membrana: glicolipídios (gangliosídeos), glicoproteínas e proteoglicanos. A maioria dos lipídios de membrana está em estado líquido e tem uma certa fluidez, ou seja, a capacidade de se mover de uma área para outra. No lado externo da membrana existem locais receptores que se ligam a vários hormônios. Outras seções específicas da membrana não conseguem reconhecer e ligar algumas proteínas estranhas a essas células e vários compostos biologicamente ativos.

O espaço interno da célula é preenchido com citoplasma, no qual ocorre a maioria das reações catalisadas por enzimas do metabolismo celular. O citoplasma é formado por duas camadas: a interna, denominada endoplasma, e a periférica, o ectoplasma, que possui alta viscosidade e é desprovido de grânulos. O citoplasma contém todos os componentes de uma célula ou organela. As organelas celulares mais importantes são o retículo endoplasmático, ribossomos, mitocôndrias, aparelho de Golgi, lisossomos, microfilamentos e microtúbulos, peroxissomos.

Retículo endoplasmáticoé um sistema de canais e cavidades interconectados que penetram todo o citoplasma. Ele fornece transporte de substâncias do meio ambiente e dentro das células. O retículo endoplasmático também serve como um depósito para íons Ca 2+ intracelulares e serve como o principal local para a síntese de lipídeos na célula.

ribossomos - partículas esféricas microscópicas com um diâmetro de 10-25 nm. Os ribossomos estão livremente localizados no citoplasma ou ligados à superfície externa das membranas do retículo endoplasmático e da membrana nuclear. Eles interagem com o RNA informativo e de transporte, e a síntese de proteínas é realizada neles. Eles sintetizam proteínas que entram nas cisternas ou no aparelho de Golgi e são então liberadas para fora. Os ribossomos que estão livres no citoplasma sintetizam proteínas para uso pela própria célula, e os ribossomos associados ao retículo endoplasmático produzem proteínas que são excretadas da célula. Várias proteínas funcionais são sintetizadas nos ribossomos: proteínas transportadoras, enzimas, receptores, proteínas do citoesqueleto.

Aparelho de Golgi formado por um sistema de túbulos, cisternas e vesículas. Está associado ao retículo endoplasmático, e as substâncias biologicamente ativas que aqui entraram são armazenadas de forma compactada em vesículas secretoras. Estes últimos são constantemente separados do aparelho de Golgi, transportados para a membrana celular e se fundem com ela, e as substâncias contidas nas vesículas são removidas da célula no processo de exocitose.

Lisossomos - partículas cercadas por uma membrana com um tamanho de 0,25-0,8 mícrons. Eles contêm numerosas enzimas envolvidas na quebra de proteínas, polissacarídeos, gorduras, ácidos nucléicos, bactérias e células.

Peroxissomos formados a partir de um retículo endoplasmático liso, assemelham-se a lisossomos e contêm enzimas que catalisam a decomposição do peróxido de hidrogênio, que é clivado sob a influência de peroxidases e catalase.

Mitocôndria contêm membranas externas e internas e são a "estação de energia" da célula. As mitocôndrias são estruturas redondas ou alongadas com uma membrana dupla. A membrana interna forma dobras que se projetam nas mitocôndrias - cristas. O ATP é sintetizado neles, os substratos do ciclo de Krebs são oxidados e muitas reações bioquímicas são realizadas. As moléculas de ATP formadas nas mitocôndrias difundem-se para todas as partes da célula. As mitocôndrias contêm uma pequena quantidade de DNA, RNA, ribossomos e, com a participação deles, ocorre a renovação e a síntese de novas mitocôndrias.

Microfilamentos são filamentos proteicos finos, constituídos por miosina e actina, e formam o aparato contrátil da célula. Os microfilamentos estão envolvidos na formação de dobras ou saliências da membrana celular, bem como no movimento de várias estruturas no interior das células.

microtúbulos formam a base do citoesqueleto e fornecem sua força. O citoesqueleto dá às células uma aparência e forma características, serve como um local para fixação de organelas intracelulares e vários corpos. Nas células nervosas, feixes de microtúbulos estão envolvidos no transporte de substâncias do corpo celular para as extremidades dos axônios. Com a participação deles, é realizado o funcionamento do fuso mitótico durante a divisão celular. Eles desempenham o papel de elementos motores nas vilosidades e flagelos em eucariotos.

Essencialé a principal estrutura da célula, está envolvida na transmissão de características hereditárias e na síntese de proteínas. O núcleo é circundado por uma membrana nuclear contendo muitos poros nucleares através dos quais várias substâncias são trocadas entre o núcleo e o citoplasma. Dentro dele está o nucléolo. O importante papel do nucléolo na síntese de RNA ribossômico e proteínas histonas foi estabelecido. O restante do núcleo contém cromatina, que consiste em DNA, RNA e várias proteínas específicas.

Funções da membrana celular

As membranas celulares desempenham um papel importante na regulação do metabolismo intracelular e intercelular. Eles são seletivos. Sua estrutura específica possibilita funções de barreira, transporte e regulamentação.

função de barreira Manifesta-se na limitação da penetração de compostos dissolvidos em água através da membrana. A membrana é impermeável a grandes moléculas de proteína e ânions orgânicos.

função reguladora membrana é a regulação do metabolismo intracelular em resposta a influências químicas, biológicas e mecânicas. Várias influências são percebidas por receptores de membrana especiais com uma mudança subsequente na atividade das enzimas.

função de transporte através de membranas biológicas pode ser realizada passivamente (difusão, filtração, osmose) ou com a ajuda de transporte ativo.

Difusão - o movimento de um gás ou soluto ao longo de um gradiente de concentração e eletroquímico. A taxa de difusão depende da permeabilidade da membrana celular, bem como do gradiente de concentração para partículas não carregadas, gradientes elétricos e de concentração para partículas carregadas. difusão simples ocorre através da bicamada lipídica ou através de canais. As partículas carregadas se movem ao longo do gradiente eletroquímico, enquanto as partículas não carregadas seguem o gradiente químico. Por exemplo, oxigênio, hormônios esteróides, uréia, álcool, etc. penetram através da camada lipídica da membrana por difusão simples. Vários íons e partículas se movem através dos canais. Os canais iônicos são formados por proteínas e são divididos em canais controlados e não controlados. Dependendo da seletividade, existem cordas íon-seletivas que permitem a passagem de apenas um íon e canais que não possuem seletividade. Os canais possuem uma boca e um filtro seletivo, e os canais controlados possuem um mecanismo de portão.

Difusão facilitada - um processo no qual as substâncias são transportadas através de uma membrana por proteínas transportadoras de membrana especiais. Desta forma, aminoácidos e monoaçúcares entram na célula. Este modo de transporte é muito rápido.

Osmose - movimento de água através de uma membrana de uma solução com pressão osmótica mais baixa para uma solução com pressão osmótica mais alta.

Transporte Ativo - transferência de substâncias contra um gradiente de concentração usando ATPases de transporte (bombas de íons). Essa transferência ocorre com o gasto de energia.

As bombas de Na + /K + -, Ca 2+ - e H + têm sido mais estudadas. As bombas estão localizadas nas membranas celulares.

Um tipo de transporte ativo é endocitose E exocitose. Com a ajuda desses mecanismos, são transportadas substâncias maiores (proteínas, polissacarídeos, ácidos nucléicos) que não podem ser transportadas pelos canais. Esse transporte é mais comum nas células epiteliais do intestino, túbulos renais e endotélio vascular.

No Na endocitose, as membranas celulares formam invaginações na célula, que, quando entrelaçadas, se transformam em vesículas. Durante a exocitose, as vesículas com conteúdo são transferidas para a membrana celular e se fundem com ela, e o conteúdo das vesículas é liberado no meio extracelular.

A estrutura e as funções da membrana celular

Para entender os processos que garantem a existência de potenciais elétricos nas células vivas, é necessário antes de tudo entender a estrutura da membrana celular e suas propriedades.

Atualmente, o modelo de mosaico fluido da membrana, proposto por S. Singer e G. Nicholson em 1972, goza de maior reconhecimento. A base da membrana é uma dupla camada de fosfolipídios (bicamada), os fragmentos hidrofóbicos da molécula dos quais estão imersos na espessura da membrana, e os grupos hidrofílicos polares são orientados para fora, aqueles. no ambiente aquático circundante (Fig. 2).

As proteínas da membrana estão localizadas na superfície da membrana ou podem ser incorporadas em diferentes profundidades na zona hidrofóbica. Algumas proteínas penetram completamente na membrana, e diferentes grupos hidrofílicos da mesma proteína são encontrados em ambos os lados da membrana celular. As proteínas encontradas na membrana plasmática desempenham um papel muito importante: participam da formação de canais iônicos, desempenham o papel de bombas de membrana e transportadoras de várias substâncias e também podem desempenhar uma função de receptor.

As principais funções da membrana celular: barreira, transporte, regulador, catalítico.

A função de barreira é limitar a difusão de compostos solúveis em água através da membrana, o que é necessário para proteger as células de substâncias estranhas e tóxicas e para manter um conteúdo relativamente constante de várias substâncias dentro das células. Assim, a membrana celular pode retardar a difusão de várias substâncias em 100.000 a 10.000.000 vezes.

Arroz. 2. Esquema tridimensional do modelo de mosaico fluido da membrana de Singer-Nicolson

Proteínas integrais globulares embutidas em uma bicamada lipídica são mostradas. Algumas proteínas são canais iônicos, outras (glicoproteínas) contêm cadeias laterais de oligossacarídeos envolvidas no reconhecimento celular umas das outras e no tecido intercelular. As moléculas de colesterol estão intimamente adjacentes às cabeças dos fosfolipídios e fixam as áreas adjacentes das "caudas". As regiões internas das caudas da molécula fosfolipídica não são limitadas em seu movimento e são responsáveis ​​pela fluidez da membrana (Bretscher, 1985)

Existem canais na membrana através dos quais os íons penetram. Os canais são dependentes do potencial e independentes do potencial. Canais com potencial fechado aberto quando a diferença de potencial muda, e independente de potencial(regulados por hormônios) abrem quando os receptores interagem com substâncias. Os canais podem ser abertos ou fechados graças aos portões. Dois tipos de portões são embutidos na membrana: ativação(no fundo do canal) e inativação(na superfície do canal). O portão pode estar em um dos três estados:

• estado aberto (ambos os tipos de portão estão abertos);
• estado fechado (portão de ativação fechado);
• estado de inativação (os portões de inativação estão fechados).

Outra característica das membranas é a capacidade de transferir seletivamente íons inorgânicos, nutrientes e vários produtos metabólicos. Existem sistemas de transferência passiva e ativa (transporte) de substâncias. Passiva o transporte é feito por canais iônicos com ou sem auxílio de proteínas carreadoras, e sua força motriz é a diferença de potenciais eletroquímicos de íons entre o espaço intra e extracelular. A seletividade dos canais iônicos é determinada por seus parâmetros geométricos e pela natureza química dos grupos que revestem as paredes e boca do canal.

Atualmente, os canais com permeabilidade seletiva para íons Na + , K + , Ca 2+ e também para água (as chamadas aquaporinas) são os mais bem estudados. O diâmetro dos canais iônicos, de acordo com vários estudos, é de 0,5-0,7 nm. A taxa de transferência dos canais pode ser alterada; 10 7 - 10 8 íons por segundo podem passar por um canal de íons.

Ativo o transporte ocorre com gasto de energia e é realizado pelas chamadas bombas de íons. Bombas de íons são estruturas de proteínas moleculares embutidas na membrana e realizando a transferência de íons para um potencial eletroquímico mais alto.

A operação das bombas é realizada devido à energia da hidrólise do ATP. Atualmente, Na + / K + - ATPase, Ca 2+ - ATPase, H + - ATPase, H + / K + - ATPase, Mg 2+ - ATPase, que garantem o movimento dos íons Na +, K +, Ca 2+ , respectivamente, H+, Mg 2+ isolados ou conjugados (Na+ e K+; H+ e K+). O mecanismo molecular do transporte ativo não foi totalmente elucidado.