Čo robí bunková membrána? Bunková membrána: jej štruktúra a funkcie

Základnou stavebnou jednotkou živého organizmu je bunka, ktorá je diferencovaným úsekom cytoplazmy obklopeným bunkovou membránou. Vzhľadom na to, že bunka plní mnoho dôležitých funkcií, ako je rozmnožovanie, výživa, pohyb, membrána musí byť plastická a hustá.

História objavu a výskumu bunkovej membrány

V roku 1925 Grendel a Gorder uskutočnili úspešný experiment na identifikáciu „tieňov“ červených krviniek alebo prázdnych membrán. Napriek niekoľkým závažným chybám vedci objavili lipidovú dvojvrstvu. V ich práci pokračovali Danielli, Dawson v roku 1935 a Robertson v roku 1960. Výsledkom dlhoročnej práce a hromadenia argumentov bolo, že v roku 1972 Singer a Nicholson vytvorili fluidno-mozaikový model membránovej štruktúry. Ďalšie experimenty a štúdie potvrdili prácu vedcov.

Význam

Čo je bunková membrána? Toto slovo sa začalo používať pred viac ako sto rokmi v preklade z latinčiny znamená „film“, „koža“. Takto sa označuje bunková hranica, ktorá je prirodzenou bariérou medzi vnútorným obsahom a vonkajším prostredím. Štruktúra bunkovej membrány znamená semipermeabilitu, vďaka ktorej môže cez ňu voľne prechádzať vlhkosť, živiny a produkty rozkladu. Tento obal možno nazvať hlavnou štrukturálnou zložkou bunkovej organizácie.

Uvažujme o hlavných funkciách bunkovej membrány

1. Oddeľuje vnútorný obsah bunky a zložky vonkajšieho prostredia.

2. Pomáha udržiavať stále chemické zloženie bunky.

3. Reguluje správny metabolizmus.

4. Zabezpečuje komunikáciu medzi bunkami.

5. Rozpoznáva signály.

6. Ochranná funkcia.

"Plazma Shell"

Vonkajšia bunková membrána, nazývaná aj plazmatická membrána, je ultramikroskopický film, ktorého hrúbka sa pohybuje od piatich do siedmich nanomilimetrov. Pozostáva hlavne z proteínových zlúčenín, fosfolidov a vody. Fólia je elastická, ľahko absorbuje vodu a po poškodení rýchlo obnovuje svoju celistvosť.

Má univerzálnu štruktúru. Táto membrána zaujíma hraničnú polohu, podieľa sa na procese selektívnej permeability, odstraňovania produktov rozpadu a syntetizuje ich. Vzťah so svojimi „susedmi“ a spoľahlivá ochrana vnútorného obsahu pred poškodením z neho robí dôležitú súčasť v takých záležitostiach, ako je štruktúra bunky. Bunková membrána živočíšnych organizmov je niekedy pokrytá tenkou vrstvou - glykokalyxou, ktorá zahŕňa bielkoviny a polysacharidy. Rastlinné bunky mimo membrány sú chránené bunkovou stenou, ktorá slúži ako opora a udržuje tvar. Hlavnou zložkou jeho zloženia je vláknina (celulóza) – polysacharid, ktorý je nerozpustný vo vode.

Vonkajšia bunková membrána má teda funkciu opravy, ochrany a interakcie s inými bunkami.

Štruktúra bunkovej membrány

Hrúbka tohto pohyblivého obalu sa pohybuje od šiestich do desiatich nanomilimetrov. Bunková membrána bunky má špeciálne zloženie, ktorého základom je lipidová dvojvrstva. Hydrofóbne chvosty, inertné voči vode, sú umiestnené vo vnútri, zatiaľ čo hydrofilné hlavy, ktoré interagujú s vodou, smerujú von. Každý lipid je fosfolipid, ktorý je výsledkom interakcie látok, ako je glycerol a sfingozín. Lipidová štruktúra je tesne obklopená proteínmi, ktoré sú usporiadané v nesúvislej vrstve. Niektoré z nich sú ponorené do lipidovej vrstvy, ostatné ňou prechádzajú. V dôsledku toho vznikajú oblasti priepustné pre vodu. Funkcie vykonávané týmito proteínmi sú rôzne. Časť z nich tvoria enzýmy, zvyšok transportné proteíny, ktoré prenášajú rôzne látky z vonkajšieho prostredia do cytoplazmy a späť.

Bunková membrána je prestúpená integrálnymi proteínmi a je nimi tesne spojená a spojenie s periférnymi je menej silné. Tieto proteíny plnia dôležitú funkciu, ktorou je udržiavanie štruktúry membrány, prijímanie a konverzia signálov z prostredia, transport látok a katalyzovanie reakcií, ktoré na membránach prebiehajú.

Zlúčenina

Základom bunkovej membrány je bimolekulárna vrstva. Bunka má vďaka svojej kontinuite bariérové ​​a mechanické vlastnosti. V rôznych fázach života môže byť táto dvojvrstva narušená. V dôsledku toho sa vytvárajú štrukturálne defekty priechodných hydrofilných pórov. V tomto prípade sa môžu zmeniť absolútne všetky funkcie takejto zložky, ako je bunková membrána. Jadro môže trpieť vonkajšími vplyvmi.

Vlastnosti

Bunková membrána bunky má zaujímavé vlastnosti. Vďaka svojej tekutosti táto membrána nie je tuhou štruktúrou a väčšina proteínov a lipidov, ktoré ju tvoria, sa voľne pohybuje po rovine membrány.

Vo všeobecnosti je bunková membrána asymetrická, takže zloženie proteínových a lipidových vrstiev sa líši. Plazmatické membrány v živočíšnych bunkách majú na svojej vonkajšej strane glykoproteínovú vrstvu, ktorá vykonáva receptorové a signalizačné funkcie a tiež hrá veľkú úlohu v procese spájania buniek do tkaniva. Bunková membrána je polárna, to znamená, že náboj na vonkajšej strane je kladný a náboj vo vnútri je záporný. Okrem všetkého vyššie uvedeného má bunková membrána selektívny pohľad.

To znamená, že okrem vody sa do bunky dostane len určitá skupina molekúl a iónov rozpustených látok. Koncentrácia látky, akou je sodík, je vo väčšine buniek oveľa nižšia ako vo vonkajšom prostredí. Ióny draslíka majú iný pomer: ich množstvo v bunke je oveľa vyššie ako v prostredí. V tomto ohľade majú sodné ióny tendenciu prenikať cez bunkovú membránu a draselné ióny majú tendenciu sa uvoľňovať von. Za týchto okolností membrána aktivuje špeciálny systém, ktorý hrá „čerpaciu“ úlohu a vyrovnáva koncentráciu látok: ióny sodíka sú čerpané na povrch bunky a draselné ióny sú čerpané dovnútra. Táto vlastnosť je jednou z najdôležitejších funkcií bunkovej membrány.

Táto tendencia sodíkových a draselných iónov pohybovať sa smerom dovnútra z povrchu hrá veľkú úlohu pri transporte cukru a aminokyselín do bunky. V procese aktívneho odstraňovania sodných iónov z bunky membrána vytvára podmienky pre nový príjem glukózy a aminokyselín vo vnútri. Naopak, v procese prenosu iónov draslíka do bunky sa počet „transportérov“ produktov rozpadu z vnútra bunky do vonkajšieho prostredia dopĺňa.

Ako prebieha výživa buniek cez bunkovú membránu?

Mnohé bunky prijímajú látky prostredníctvom procesov, ako je fagocytóza a pinocytóza. Pri prvej možnosti pružná vonkajšia membrána vytvára malú priehlbinu, v ktorej zachytená častica končí. Priemer vybrania sa potom zväčšuje, kým uzavretá častica nevstúpi do bunkovej cytoplazmy. Prostredníctvom fagocytózy sa kŕmia niektoré prvoky, napríklad améby, ako aj krvinky - leukocyty a fagocyty. Podobne bunky absorbujú tekutinu, ktorá obsahuje potrebné živiny. Tento jav sa nazýva pinocytóza.

Vonkajšia membrána je tesne spojená s endoplazmatickým retikulom bunky.

Mnoho typov hlavných zložiek tkaniva má na povrchu membrány výčnelky, záhyby a mikroklky. Rastlinné bunky na vonkajšej strane tejto škrupiny sú pokryté ďalšou, silnou a jasne viditeľnou pod mikroskopom. Vlákno, z ktorého sú vyrobené, pomáha vytvárať podporu pre rastlinné tkanivá, ako je drevo. Živočíšne bunky majú tiež množstvo vonkajších štruktúr, ktoré sedia na vrchnej časti bunkovej membrány. Majú výlučne ochranný charakter, príkladom toho je chitín obsiahnutý v kožných bunkách hmyzu.

Okrem bunkovej membrány existuje intracelulárna membrána. Jeho funkciou je rozdeliť bunku na niekoľko špecializovaných uzavretých kompartmentov – kompartmentov alebo organel, kde musí byť zachované určité prostredie.

Nie je teda možné preceňovať úlohu takej zložky základnej jednotky živého organizmu, akou je bunková membrána. Štruktúra a funkcie naznačujú výrazné rozšírenie celkového povrchu bunky a zlepšenie metabolických procesov. Táto molekulárna štruktúra pozostáva z proteínov a lipidov. Membrána oddeľuje bunku od vonkajšieho prostredia a zabezpečuje jej integritu. S jeho pomocou sa medzibunkové spojenia udržiavajú na pomerne silnej úrovni a tvoria tkanivá. V tejto súvislosti môžeme konštatovať, že bunková membrána hrá jednu z najdôležitejších úloh v bunke. Štruktúra a funkcie, ktoré vykonáva, sa v rôznych bunkách radikálne líšia v závislosti od ich účelu. Prostredníctvom týchto znakov sa dosahujú rôzne fyziologické aktivity bunkových membrán a ich úlohy v existencii buniek a tkanív.

Má hrúbku 8-12 nm, takže je nemožné ho preskúmať svetelným mikroskopom. Štruktúra membrány sa študuje pomocou elektrónového mikroskopu.

Plazmatická membrána je tvorená dvoma vrstvami lipidov - bilipidovou vrstvou alebo dvojvrstvou. Každá molekula pozostáva z hydrofilnej hlavy a hydrofóbneho chvosta a v biologických membránach sú lipidy umiestnené s hlavami smerom von a chvostmi dovnútra.

V bilipidovej vrstve je ponorených množstvo proteínových molekúl. Niektoré z nich sú umiestnené na povrchu membrány (vonkajšie alebo vnútorné), iné prenikajú cez membránu.

Funkcie plazmatickej membrány

Membrána chráni obsah bunky pred poškodením, udržuje tvar bunky, selektívne prepúšťa potrebné látky do bunky a odvádza produkty látkovej výmeny a tiež zabezpečuje komunikáciu medzi bunkami.

Bariérovú, ohraničujúcu funkciu membrány zabezpečuje dvojitá vrstva lipidov. Zabraňuje šíreniu obsahu bunky, miešaniu s prostredím alebo medzibunkovou tekutinou a zabraňuje prenikaniu nebezpečných látok do bunky.

Množstvo najdôležitejších funkcií cytoplazmatickej membrány vykonávajú proteíny, ktoré sú v nej ponorené. Pomocou receptorových proteínov dokáže na svojom povrchu vnímať rôzne podráždenia. Transportné proteíny tvoria najjemnejšie kanály, ktorými draslík, vápnik a iné ióny malého priemeru prechádzajú do bunky a von z bunky. Proteíny zabezpečujú životne dôležité procesy v samotnom tele.

Veľké častice potravy, ktoré nie sú schopné prejsť cez tenké membránové kanály, vstupujú do bunky fagocytózou alebo pinocytózou. Všeobecný názov týchto procesov je endocytóza.

Ako vzniká endocytóza – prenikanie veľkých častíc potravy do bunky?

Častica potravy prichádza do kontaktu s vonkajšou membránou bunky a v tomto bode vzniká invaginácia. Potom sa častica, obklopená membránou, dostane do bunky, vytvorí sa tráviaca vezikula a do vzniknutej vezikuly prenikajú tráviace enzýmy.

Biele krvinky, ktoré dokážu zachytiť a stráviť cudzie baktérie, sa nazývajú fagocyty.

V prípade pinocytózy invaginácia membrány nezachytáva pevné častice, ale kvapôčky kvapaliny s látkami rozpustenými v nej. Tento mechanizmus je jedným z hlavných spôsobov vstupu látok do bunky.

Rastlinné bunky pokryté tvrdou vrstvou bunkovej steny na vrchu membrány nie sú schopné fagocytózy.

Reverzný proces endocytózy je exocytóza. Syntetizované látky (napríklad hormóny) sa zabalia do membránových vezikúl, priblížia sa k membráne, zabudujú sa do nej a obsah vezikuly sa uvoľní z bunky. Bunka sa tak môže zbaviť nepotrebných produktov metabolizmu.

Tento článok popisuje vlastnosti štruktúry a fungovania bunkovej membrány. Tiež sa nazýva: plazmalema, plazmalema, biomembrána, bunková membrána, vonkajšia bunková membrána, bunková membrána. Všetky predložené počiatočné údaje budú potrebné na jasné pochopenie priebehu procesov nervovej excitácie a inhibície, princípov fungovania synapsií a receptorov.

Plazmalema je trojvrstvová lipoproteínová membrána, ktorá oddeľuje bunku od vonkajšieho prostredia. Vykonáva tiež riadenú výmenu medzi bunkou a vonkajším prostredím.

Biologická membrána je ultratenký bimolekulárny film pozostávajúci z fosfolipidov, proteínov a polysacharidov. Jeho hlavné funkcie sú bariérové, mechanické a matricové.

Základné vlastnosti bunkovej membrány:

- Priepustnosť membrány

- Polopriepustnosť membrány

- Selektívna membránová priepustnosť

- Aktívna membránová priepustnosť

- Riadená priepustnosť

- Fagocytóza a pinocytóza membrány

- Exocytóza na bunkovej membráne

- Prítomnosť elektrických a chemických potenciálov na bunkovej membráne

- Zmeny elektrického potenciálu membrány

- Dráždivosť membrány. Je to kvôli prítomnosti špecifických receptorov na membráne, ktoré prichádzajú do kontaktu so signálnymi látkami. V dôsledku toho sa často mení stav samotnej membrány aj celej bunky. Po spojení s lagandmi (kontrolnými látkami) molekulárne receptory umiestnené na membráne spúšťajú biochemické procesy.

- Katalytická enzymatická aktivita bunkovej membrány. Enzýmy pôsobia tak mimo bunkovej membrány, ako aj vo vnútri bunky.

Základné funkcie bunkovej membrány

Hlavnou vecou v práci bunkovej membrány je vykonávať a kontrolovať výmenu medzi bunkou a medzibunkovou látkou. To je možné vďaka priepustnosti membrány. Regulácia priepustnosti membrány sa uskutočňuje vďaka nastaviteľnej priepustnosti bunkovej membrány.

Štruktúra bunkovej membrány

Bunková membrána má tri vrstvy. Centrálna vrstva, tuková vrstva, slúži priamo na izoláciu bunky. Neprepúšťa vo vode rozpustné látky, len rozpustné v tukoch.

Zvyšné vrstvy - spodná a horná - sú proteínové útvary rozptýlené vo forme ostrovčekov na tukovej vrstve. Medzi týmito ostrovčekmi sú skryté transportéry a iónové tubuly, ktoré slúžia špeciálne na transport látok rozpustných vo vode do samotnej bunky. a za jej hranicami.

Podrobnejšie, tuková vrstva membrány pozostáva z fosfolipidov a sfingolipidov.

Význam membránových iónových kanálov

Pretože cez lipidový film prenikajú iba látky rozpustné v tukoch: plyny, tuky a alkoholy, bunka musí neustále zavádzať a odstraňovať vo vode rozpustné látky, medzi ktoré patria ióny. Práve na tieto účely slúžia transportné proteínové štruktúry tvorené ďalšími dvoma vrstvami membrány.

Takéto proteínové štruktúry pozostávajú z 2 typov proteínov - kanálikov, ktoré tvoria otvory v membráne, a transportných proteínov, ktoré sa pomocou enzýmov na seba naviažu a prenesú potrebné látky.

Buďte zdraví a efektívni pre seba!

Bunková membrána je štruktúra, ktorá pokrýva vonkajšiu časť bunky. Nazýva sa tiež cytolema alebo plazmalema.

Táto formácia je postavená z bilipidovej vrstvy (dvojvrstvy) so zabudovanými proteínmi. Sacharidy, ktoré tvoria plazmalemu, sú vo viazanom stave.

Rozdelenie hlavných zložiek plazmalemy je nasledovné: viac ako polovicu chemického zloženia tvoria proteíny, štvrtinu tvoria fosfolipidy a desatinu tvorí cholesterol.

Bunková membrána a jej typy

Bunková membrána je tenký film, ktorého základ tvoria vrstvy lipoproteínov a proteínov.

Podľa lokalizácie sa rozlišujú membránové organely, ktoré majú niektoré znaky v rastlinných a živočíšnych bunkách:

• mitochondrie;
• jadro;
• endoplazmatické retikulum;
• Golgiho komplex;
• lyzozómy;
• chloroplasty (v rastlinných bunkách).

Existuje aj vnútorná a vonkajšia (plazmolema) bunková membrána.

Štruktúra bunkovej membrány

Bunková membrána obsahuje sacharidy, ktoré ju pokrývajú vo forme glykokalyx. Ide o supramembránovú štruktúru, ktorá plní bariérovú funkciu. Proteíny, ktoré sa tu nachádzajú, sú vo voľnom stave. Neviazané proteíny sa zúčastňujú enzymatických reakcií, ktoré zabezpečujú extracelulárny rozklad látok.

Proteíny cytoplazmatickej membrány sú reprezentované glykoproteínmi. Na základe chemického zloženia sú proteíny, ktoré sú úplne zahrnuté v lipidovej vrstve (po celej jej dĺžke), klasifikované ako integrálne proteíny. Tiež periférne, nedosahujúce jeden z povrchov plazmalemy.

Prvé fungujú ako receptory, viažu sa na neurotransmitery, hormóny a iné látky. Inzerčné proteíny sú nevyhnutné pre konštrukciu iónových kanálov, cez ktoré dochádza k transportu iónov a hydrofilných substrátov. Posledne menované sú enzýmy, ktoré katalyzujú intracelulárne reakcie.

Základné vlastnosti plazmatickej membrány

Lipidová dvojvrstva zabraňuje prenikaniu vody. Lipidy sú hydrofóbne zlúčeniny reprezentované v bunke fosfolipidmi. Fosfátová skupina smeruje von a pozostáva z dvoch vrstiev: vonkajšej, smerujúcej do extracelulárneho prostredia, a vnútornej, ohraničujúcej vnútrobunkový obsah.

Oblasti rozpustné vo vode sa nazývajú hydrofilné hlavy. Miesta mastných kyselín sú nasmerované do bunky vo forme hydrofóbnych chvostov. Hydrofóbna časť interaguje so susednými lipidmi, čo zabezpečuje ich vzájomné spojenie. Dvojitá vrstva má selektívnu priepustnosť v rôznych oblastiach.

V strede je membrána nepriepustná pre glukózu a močovinu, voľne prechádzajú hydrofóbne látky: oxid uhličitý, kyslík, alkohol. Cholesterol je dôležitý; jeho obsah určuje viskozitu plazmalemy.

Funkcie vonkajšej bunkovej membrány

Charakteristiky funkcií sú stručne uvedené v tabuľke:

Aký význam má bunková membrána

Bunková membrána sa podieľa na udržiavaní homeostázy vďaka vysokej selektivite látok vstupujúcich a vystupujúcich z bunky (v biológii sa to nazýva selektívna permeabilita).

Výrastky plazmalemy rozdeľujú bunku na kompartmenty (kompartmenty) zodpovedné za vykonávanie určitých funkcií. Špeciálne navrhnuté membrány zodpovedajúce vzoru fluidnej mozaiky zaisťujú integritu bunky.

Bunka- samoregulačná stavebná a funkčná jednotka tkanív a orgánov. Bunkovú teóriu štruktúry orgánov a tkanív vypracovali Schleiden a Schwann v roku 1839. Následne sa pomocou elektrónovej mikroskopie a ultracentrifugácie podarilo objasniť štruktúru všetkých hlavných organel živočíšnych a rastlinných buniek (obr. 1).

Ryža. 1. Schéma stavby živočíšnej bunky

Hlavnými časťami bunky sú cytoplazma a jadro. Každá bunka je obklopená veľmi tenkou membránou, ktorá obmedzuje jej obsah.

Bunková membrána je tzv plazmatická membrána a vyznačuje sa selektívnou permeabilitou. Táto vlastnosť umožňuje potrebným živinám a chemickým prvkom preniknúť do bunky a nadbytočným produktom ju opustiť. Plazmatická membrána pozostáva z dvoch vrstiev lipidových molekúl obsahujúcich špecifické proteíny. Hlavnými membránovými lipidmi sú fosfolipidy. Obsahujú fosfor, polárnu hlavu a dva nepolárne chvosty mastných kyselín s dlhým reťazcom. Membránové lipidy zahŕňajú cholesterol a cholesterylestery. V súlade s modelom štruktúry tekutej mozaiky obsahujú membrány inklúzie proteínových a lipidových molekúl, ktoré sa môžu miešať vzhľadom na dvojvrstvu. Každý typ membrány akejkoľvek živočíšnej bunky má svoje vlastné relatívne konštantné zloženie lipidov.

Membránové proteíny sa podľa štruktúry delia na dva typy: integrálne a periférne. Periférne proteíny môžu byť odstránené z membrány bez jej zničenia. Existujú štyri typy membránových proteínov: transportné proteíny, enzýmy, receptory a štrukturálne proteíny. Niektoré membránové proteíny majú enzymatickú aktivitu, iné viažu určité látky a uľahčujú ich transport do bunky. Proteíny poskytujú niekoľko ciest pre pohyb látok cez membrány: tvoria veľké póry pozostávajúce z niekoľkých proteínových podjednotiek, ktoré umožňujú pohyb molekúl vody a iónov medzi bunkami; tvoria iónové kanály špecializované na pohyb určitých typov iónov cez membránu za určitých podmienok. Štrukturálne proteíny sú spojené s vnútornou lipidovou vrstvou a poskytujú cytoskelet bunky. Cytoskelet poskytuje mechanickú pevnosť bunkovej membrány. V rôznych membránach tvoria proteíny 20 až 80 % hmoty. Membránové proteíny sa môžu voľne pohybovať v laterálnej rovine.

Membrána tiež obsahuje sacharidy, ktoré sa môžu kovalentne viazať na lipidy alebo proteíny. Existujú tri typy membránových sacharidov: glykolipidy (gangliozidy), glykoproteíny a proteoglykány. Väčšina membránových lipidov je v tekutom stave a má určitú tekutosť, t.j. schopnosť prechádzať z jednej oblasti do druhej. Na vonkajšej strane membrány sú receptorové miesta, ktoré viažu rôzne hormóny. Iné špecifické oblasti membrány nedokážu rozpoznať a viazať určité proteíny a rôzne biologicky aktívne zlúčeniny, ktoré sú pre tieto bunky cudzie.

Vnútorný priestor bunky je vyplnený cytoplazmou, v ktorej prebieha väčšina enzýmovo katalyzovaných reakcií bunkového metabolizmu. Cytoplazma pozostáva z dvoch vrstiev: vnútornej, nazývanej endoplazma, a periférnej, ektoplazmy, ktorá má vysokú viskozitu a je bez granúl. Cytoplazma obsahuje všetky zložky bunky alebo organely. Najdôležitejšie z bunkových organel sú endoplazmatické retikulum, ribozómy, mitochondrie, Golgiho aparát, lyzozómy, mikrofilamenty a mikrotubuly, peroxizómy.

Endoplazmatické retikulum je systém vzájomne prepojených kanálov a dutín, ktoré prenikajú celou cytoplazmou. Zabezpečuje transport látok z prostredia a vnútri buniek. Endoplazmatické retikulum tiež slúži ako depot pre intracelulárne ióny Ca 2+ a slúži ako hlavné miesto syntézy lipidov v bunke.

ribozómy - mikroskopické sférické častice s priemerom 10-25 nm. Ribozómy sú voľne umiestnené v cytoplazme alebo sú pripojené k vonkajšiemu povrchu membrán endoplazmatického retikula a jadrovej membrány. Interagujú s messengerovou a transportnou RNA a dochádza v nich k syntéze bielkovín. Syntetizujú proteíny, ktoré vstupujú do cisterien alebo Golgiho aparátu a potom sa uvoľňujú von. Ribozómy, voľne umiestnené v cytoplazme, syntetizujú proteín na použitie samotnou bunkou a ribozómy spojené s endoplazmatickým retikulom produkujú proteín, ktorý sa vylučuje z bunky. Ribozómy syntetizujú rôzne funkčné proteíny: nosné proteíny, enzýmy, receptory, cytoskeletálne proteíny.

Golgiho aparát tvorené systémom tubulov, cisterien a vezikúl. Je spojená s endoplazmatickým retikulom a biologicky aktívne látky, ktoré sem vstupujú, sú uložené v zhutnenej forme v sekrečných vezikulách. Tie sa neustále oddeľujú od Golgiho aparátu, transportujú sa do bunkovej membrány a spájajú sa s ňou a látky obsiahnuté vo vezikulách sa z bunky odstraňujú procesom exocytózy.

lyzozómy -častice obklopené membránou s veľkosťou 0,25-0,8 mikrónu. Obsahujú množstvo enzýmov, ktoré sa podieľajú na rozklade bielkovín, polysacharidov, tukov, nukleových kyselín, baktérií a buniek.

Peroxizómy tvorené z hladkého endoplazmatického retikula, pripomínajú lyzozómy a obsahujú enzýmy, ktoré katalyzujú rozklad peroxidu vodíka, ktorý sa vplyvom peroxidáz a katalázy rozkladá.

Mitochondrie obsahujú vonkajšie a vnútorné membrány a sú „energetickou stanicou“ bunky. Mitochondrie sú okrúhle alebo predĺžené štruktúry s dvojitou membránou. Vnútorná membrána tvorí záhyby vyčnievajúce do mitochondrií – cristae. Prebieha v nich syntéza ATP, dochádza k oxidácii substrátov Krebsovho cyklu a k mnohým biochemickým reakciám. Molekuly ATP produkované v mitochondriách difundujú do všetkých častí bunky. Mitochondrie obsahujú malé množstvo DNA, RNA a ribozómov a za ich účasti dochádza k obnove a syntéze nových mitochondrií.

Mikrovlákna Sú to tenké proteínové vlákna pozostávajúce z myozínu a aktínu a tvoria kontraktilný aparát bunky. Mikrofilamenty sa podieľajú na tvorbe záhybov alebo výbežkov bunkovej membrány, ako aj na pohybe rôznych štruktúr v bunkách.

Mikrotubuly tvoria základ cytoskeletu a poskytujú jeho pevnosť. Cytoskelet dáva bunkám ich charakteristický vzhľad a tvar a slúži ako miesto pre pripojenie intracelulárnych organel a rôznych teliesok. V nervových bunkách sa zväzky mikrotubulov podieľajú na transporte látok z bunkového tela na konce axónov. S ich účasťou funguje mitotické vreteno počas bunkového delenia. Zohrávajú úlohu motorických prvkov v klkoch a bičíkoch v eukaryotoch.

Jadro je hlavnou štruktúrou bunky, podieľa sa na prenose dedičných vlastností a na syntéze bielkovín. Jadro je obklopené jadrovou membránou obsahujúcou veľa jadrových pórov, cez ktoré dochádza k výmene rôznych látok medzi jadrom a cytoplazmou. V jeho vnútri sa nachádza jadierko. Bola preukázaná dôležitá úloha jadierka pri syntéze ribozomálnych RNA a histónových proteínov. Zvyšné časti jadra obsahujú chromatín, pozostávajúci z DNA, RNA a množstva špecifických proteínov.

Funkcie bunkovej membrány

Bunkové membrány hrajú kľúčovú úlohu v regulácii intracelulárneho a medzibunkového metabolizmu. Majú selektívnu priepustnosť. Ich špecifická štruktúra im umožňuje zabezpečovať bariérové, transportné a regulačné funkcie.

Bariérová funkcia sa prejavuje obmedzením prieniku zlúčenín rozpustených vo vode cez membránu. Membrána je nepriepustná pre veľké molekuly bielkovín a organické anióny.

Regulačná funkcia membrán je regulovať vnútrobunkový metabolizmus v reakcii na chemické, biologické a mechanické vplyvy. Špeciálne membránové receptory vnímajú rôzne vplyvy s následnou zmenou aktivity enzýmov.

Transportná funkcia cez biologické membrány môže prebiehať pasívne (difúzia, filtrácia, osmóza) alebo pomocou aktívneho transportu.

Difúzia - pohyb plynu alebo rozpustnej látky pozdĺž koncentračného a elektrochemického gradientu. Rýchlosť difúzie závisí od permeability bunkovej membrány, ako aj koncentračného gradientu pre nenabité častice a elektrického a koncentračného gradientu pre nabité častice. Jednoduchá difúzia sa vyskytuje cez lipidovú dvojvrstvu alebo cez kanály. Nabité častice sa pohybujú podľa elektrochemického gradientu a nenabité častice sa pohybujú podľa chemického gradientu. Jednoduchou difúziou prenikajú cez lipidovú vrstvu membrány napríklad kyslík, steroidné hormóny, močovina, alkohol atď. Cez kanály sa pohybujú rôzne ióny a častice. Iónové kanály sú tvorené proteínmi a delia sa na hradlové a negované kanály. V závislosti od selektivity sa rozlišuje medzi iónovo selektívnymi káblami, ktoré prepúšťajú iba jeden ión, a kanálmi, ktoré selektivitu nemajú. Kanály majú otvor a selektívny filter a riadené kanály majú mechanizmus hradla.

Uľahčená difúzia - proces, pri ktorom sú látky transportované cez membránu pomocou špeciálnych membránových transportných proteínov. Týmto spôsobom prenikajú aminokyseliny a monosacharidy do bunky. Tento typ prepravy prebieha veľmi rýchlo.

Osmóza - pohyb vody cez membránu z roztoku s nižším do roztoku s vyšším osmotickým tlakom.

Aktívna doprava - transport látok proti koncentračnému gradientu pomocou transportných ATPáz (iónových púmp). K tomuto prenosu dochádza pri výdaji energie.

Vo väčšom rozsahu boli študované Na+/K+-, Ca2+- a H+-čerpadlá. Čerpadlá sú umiestnené na bunkových membránach.

Typ aktívneho transportu je endocytóza A exocytóza. Pomocou týchto mechanizmov sa transportujú väčšie látky (proteíny, polysacharidy, nukleové kyseliny), ktoré nie je možné transportovať cez kanály. Tento transport je bežnejší v črevných epiteliálnych bunkách, renálnych tubuloch a vaskulárnom endoteli.

O Pri endocytóze tvoria bunkové membrány invaginácie do bunky, ktoré sa po uvoľnení premenia na vezikuly. Pri exocytóze sa vezikuly s obsahom prenesú na bunkovú membránu a splynú s ňou a obsah vezikúl sa uvoľní do extracelulárneho prostredia.

Štruktúra a funkcie bunkovej membrány

Aby ste pochopili procesy, ktoré zabezpečujú existenciu elektrických potenciálov v živých bunkách, musíte najprv pochopiť štruktúru bunkovej membrány a jej vlastnosti.

V súčasnosti je najviac akceptovaný tekutý mozaikový model membrány, ktorý navrhli S. Singer a G. Nicholson v roku 1972. Základom membrány je dvojitá vrstva fosfolipidov (dvojvrstva), hydrofóbne fragmenty molekuly sú ponorené do hrúbky membrány a polárne hydrofilné skupiny sú orientované smerom von, tie. do okolitého vodného prostredia (obr. 2).

Membránové proteíny sú lokalizované na povrchu membrány alebo môžu byť zapustené do rôznych hĺbok v hydrofóbnej zóne. Niektoré proteíny preklenujú membránu a rôzne hydrofilné skupiny toho istého proteínu sa nachádzajú na oboch stranách bunkovej membrány. Proteíny nachádzajúce sa v plazmatickej membráne zohrávajú veľmi dôležitú úlohu: podieľajú sa na tvorbe iónových kanálov, zohrávajú úlohu membránových púmp a transportérov rôznych látok a môžu plniť aj funkciu receptora.

Hlavné funkcie bunkovej membrány: bariérová, transportná, regulačná, katalytická.

Bariérovou funkciou je obmedzenie difúzie vo vode rozpustných zlúčenín cez membránu, čo je nevyhnutné na ochranu buniek pred cudzími, toxickými látkami a na udržanie relatívne konštantného obsahu rôznych látok vo vnútri buniek. Bunková membrána teda môže spomaliť difúziu rôznych látok 100 000-10 000 000 krát.

Ryža. 2. Trojrozmerný diagram modelu kvapalinovej mozaiky Singer-Nicholsonovej membrány

Zobrazené sú globulárne integrálne proteíny vložené do lipidovej dvojvrstvy. Niektoré proteíny sú iónové kanály, iné (glykoproteíny) obsahujú postranné oligosacharidové reťazce, ktoré sa podieľajú na rozpoznávaní buniek medzi sebou a v medzibunkovom tkanive. Molekuly cholesterolu tesne priliehajú k hlavám fosfolipidov a fixujú priľahlé časti „chvostov“. Vnútorné časti chvostov fosfolipidovej molekuly nie sú obmedzené vo svojom pohybe a sú zodpovedné za tekutosť membrány (Bretscher, 1985)

Membrána obsahuje kanály, cez ktoré prenikajú ióny. Kanály môžu byť závislé od napätia alebo nezávislé od potenciálu. Kanály závislé od napätia otvorené, keď sa potenciálny rozdiel zmení, a potenciálne nezávislý(hormonálne regulované) sa otvárajú pri interakcii receptorov s látkami. Kanály je možné otvárať alebo zatvárať vďaka bránam. V membráne sú zabudované dva typy brán: aktivácia(hlboko v kanáli) a inaktivácia(na povrchu kanála). Brána môže byť v jednom z troch stavov:

• otvorený stav (oba typy brán sú otvorené);
• zatvorený stav (aktivačná brána zatvorená);
• stav deaktivácie (brána inaktivácie zatvorená).

Ďalšou charakteristickou črtou membrán je schopnosť selektívne transportovať anorganické ióny, živiny a rôzne metabolické produkty. Existujú systémy pasívneho a aktívneho prenosu (transportu) látok. Pasívne transport prebieha cez iónové kanály s pomocou alebo bez pomoci nosných proteínov a jeho hnacou silou je rozdiel v elektrochemických potenciáloch iónov medzi intra- a extracelulárnym priestorom. Selektivita iónových kanálov je určená jeho geometrickými parametrami a chemickou povahou skupín lemujúcich steny kanála a jeho ústia.

V súčasnosti sú najviac preštudované kanály, ktoré sú selektívne priepustné pre ióny Na+, K+, Ca2+ a tiež pre vodu (tzv. aquaporíny). Priemer iónových kanálov je podľa rôznych štúdií 0,5-0,7 nm. Kapacita kanála sa môže meniť cez jeden iónový kanál;

Aktívne transport prebieha s vynaložením energie a je realizovaný takzvanými iónovými pumpami. Iónové pumpy sú molekulárne proteínové štruktúry vložené do membrány, ktoré transportujú ióny smerom k vyššiemu elektrochemickému potenciálu.

Čerpadlá pracujú s využitím energie hydrolýzy ATP. V súčasnosti sa používajú Na+/K+ - ATPáza, Ca 2+ - ATPáza, H + - ATPáza, H + /K + - ATPáza, Mg 2+ - ATPáza, ktoré zabezpečujú pohyb iónov Na +, K +, Ca 2+, resp. , boli dobre študované, H+, Mg2+ izolované alebo konjugované (Na+ a K+; H+ a K+). Molekulárny mechanizmus aktívneho transportu nie je úplne objasnený.