растителна клетъчна мембрана. Структурата и функциите на биологичните мембрани

Клетъчната мембрана на растението е един от органелите, които обгръщат цитоплазмата и служат като специфична бариера между вътрешното съдържание и външната среда. Този органоид има и други имена, приети в биологичната наука: плазмена мембрана, плазмалема и цитолемма. Той е напълно проучен едва сравнително наскоро - през седемдесетте години на миналия век, пробивът в изследването е свързан с появата на първите електронни микроскопи, което значително улесни работата на изследователите. Първите научни експерименти, свързани с плазмалемата и получили важни резултати, са проведени през 1925 г. Клетъчната мембрана на растителната клетка има свойства, които я отличават от подобни животински органели. Тази статия ще обсъди подробно тези функции.

И функциите не са много различни в различните организми. Повечето видове имат следната структура на плазмената мембрана:

външен слой. Състои се от протеини, не е непрекъснат, има специални канали в структурата си, състоящи се от йони, които служат за транспортиране вътре на вещества, които не са в състояние самостоятелно да преодолеят средния слой.
среден слой. Иначе - билипиден или мастен. Той е течен и относително хомогенен, тъй като различни видове протеини, присъстващи във външните слоеве, могат да проникнат вътре в него. Съдържа няколко вида липиди: фосфолипиди, холестерол и гликолипиди. Холестеролът не винаги присъства. Липидите имат глава, която се счита за хидрофилна, както и два дълги края, които, напротив, са хидрофобни.
Вътрешният слой. Подобно на външния слой, се състои от протеини. Освен това протеиновите слоеве имат специални пръстеновидни липиди, които служат като защитен филм за тях, осигурявайки тяхната работа.

Белтъчните слоеве на растителната клетъчна мембрана се състоят от:

интегрални протеини. Разпределени по цялата ширина на плазмалемата;
полуинтегрален. Вградени вътре, но не преминават през цитолемата;
периферен. Присъства само на повърхността.

Разгледано по-горе, което е най-вече едно и също при различните видове, то все още има леки разлики в организми като растения, гъби и бактерии. За да се разбере същността на тези различия, е необходимо да се разгледат задачите, които плазмалемата решава в растителните организми.

Гледайте видеоклип за структурата на клетката и клетъчната мембрана.

Клетъчната мембрана на растението изпълнява следните функции:

Доставка. Насърчава поглъщането на основни хранителни вещества. Регулира цялостния обмен на клетката с външната среда.
Матрица. Отговаря за местоположението на други вътрешни органели, фиксира тяхното положение и насърчава тяхното взаимодействие помежду си.
Регулиране на енергийния метаболизъм. Осигурява протичането на различни процеси, от фотосинтезата до клетъчното дишане. Тези процеси биха били невъзможни без протеиновите канали на плазмалемата.
Производство на ензими. Ензимите се произвеждат в протеиновите слоеве на плазмените мембрани на някои клетки.

В животинските и растителните клетки структурата на клетъчната мембрана е идентична, но функциите, които изпълняват, са различни. Това може да се обясни с наличието на растения. Тази стена е допълнителен органоид, който покрива цитолемата отвън и в резултат на това поема някои от нейните функции.

Функции, поети от клетъчната стена:

защитен. Тази стена е здрава, което помага за предотвратяване на механични повреди. Той също така селективно пропуска молекули вътре, предотвратявайки влизането на тези, които са патогенни;
формиране на запаси. Някои полезни вещества се отлагат в стената за използване в случай на неблагоприятни условия, както и за осигуряване на растеж и развитие;
регулира вътрешното налягане. Изпълнението на тази функция е пряко свързано със силата на тялото;
взаимодействие с други клетки. Наличието на специални канали в стената ви позволява да обменяте информация за състоянието на външната среда.

Разглежданата стена поема редица функции, изпълнявани в животинските организми от цитолемата. Поради това структурата на мембраната на растенията и някои други видове може да се различава.

Стойността на цитолемата за тялото

Въпреки факта, че в растенията много функции са делегирани от цитолемата на друга органела, тя все още играе много важна роля в живота на организма.

Именно с помощта на плазмалемата протичат основните метаболитни процеси, изразяващи се в следните реакции:

Екзоцитоза. Освобождаването навън на вещества, които вече са били обработени преди това или са били образувани специално за навлизане във външната среда (например хормони или ензими). За отстраняването им по вътрешната повърхност на цитолемата се образуват специални везикули, които преминават през редовете от липиди, след което съдържанието им се освобождава навън.
Фагоцитоза. Абсорбция от цитолемата на частици от определени хранителни вещества и тяхната по-нататъшна обработка. За този процес са отговорни специални клетки, наречени фагоцити, които са прикрепени към цитолемата.
Пиноцитоза. Абсорбция от плазмалемата на течни молекули, които са в непосредствена близост до нея. Това се извършва от специални флагели, разположени на повърхността на плазмалемата, поради което течността, която навлиза на повърхността, приема формата на капка и може да бъде уловена.

Благодарение на наличието на йонни канали през цитолемата навлизат редица необходими за живота вещества. Значението на тези канали трудно може да бъде надценено, тяхното значение се показва най-малкото от факта, че ако каналите загубят своя тонус и престанат да изпълняват функциите си правилно, клетката започва кислороден глад, поради което след известно време може да се дегенерира в ракова клетка.

В растителната клетка не само цитолемата, но и клетъчната стена е отговорна за процесите на хранене, затова е толкова важно комбинацията от тези органели да е в правилно състояние, животът зависи пряко от това.

Смятате ли, че всички функции на клетъчната мембрана са посочени в материала? Може би сред вас има най-внимателните, които знаят още една незначителна функция? Споделете вашите наблюдения на

Природата е създала много организми и клетки, но въпреки това структурата и повечето функции на биологичните мембрани са едни и същи, което ни позволява да разгледаме тяхната структура и да изучаваме ключовите им свойства, без да сме обвързани с определен тип клетка.

Какво е мембрана?

Мембраните са защитен елемент, който е неразделна част от клетката на всеки жив организъм.

Структурна и функционална единица на всички живи организми на планетата е клетката. Неговата жизнена дейност е неразривно свързана със средата, с която обменя енергия, информация, материя. И така, хранителната енергия, необходима за функционирането на клетката, идва отвън и се изразходва за изпълнението на различните й функции.

Структурата на най-простата структурна единица на жив организъм: мембрана на органела, различни включвания. Той е заобиколен от мембрана, вътре в която са разположени ядрото и всички органели. Това са митохондрии, лизозоми, рибозоми, ендоплазмен ретикулум. Всеки структурен елемент има собствена мембрана.

Роля в живота на клетката

Биологичната мембрана играе кулминационна роля в структурата и функционирането на елементарна жива система. Само клетка, заобиколена от защитна обвивка, може с право да се нарече организъм. Процес като метаболизма също се извършва поради наличието на мембрана. Ако се наруши неговата структурна цялост, това води до промяна във функционалното състояние на организма като цяло.

Клетъчна мембрана и нейните функции

Той отделя цитоплазмата на клетката от външната среда или от мембраната. Клетъчната мембрана осигурява правилното изпълнение на специфични функции, спецификата на междуклетъчните контакти и имунните прояви и поддържа трансмембранната разлика в електрическия потенциал. Той съдържа рецептори, които могат да възприемат химически сигнали - хормони, медиатори и други биологично активни компоненти. Тези рецептори му дават още една способност - да променя метаболитната активност на клетката.

Функции на мембраната:

1. Активен пренос на вещества.

2. Пасивен пренос на вещества:

2.1. Дифузията е проста.

2.2. транспорт през порите.

2.3. Транспортиране, извършено чрез дифузия на носител заедно с мембранно вещество или чрез пренасочване на вещество по протежение на молекулярната верига на носител.

3. Пренос на неелектролити поради проста и улеснена дифузия.

Структурата на клетъчната мембрана

Компонентите на клетъчната мембрана са липиди и протеини.

Липиди: фосфолипиди, фосфатидилетаноламин, сфингомиелин, фосфатидилинозитол и фосфатидилсерин, гликолипиди. Делът на липидите е 40-90%.

Протеини: периферни, интегрални (гликопротеини), спектрин, актин, цитоскелет.

Основният структурен елемент е двоен слой от фосфолипидни молекули.

Покривна мембрана: определение и типология

Малко статистики. На територията на Руската федерация мембраната се използва като покривен материал не толкова отдавна. Делът на мембранните покриви от общия брой меки покривни плочи е само 1,5%. Битумните и мастиковите покриви са получили все по-широко разпространение в Русия. Но в Западна Европа мембранните покриви представляват 87%. Разликата е осезаема.

По правило мембраната като основен материал в покривното припокриване е идеална за плоски покриви. За тези с голямо отклонение е по-малко подходящо.

Обемът на производство и продажби на мембранни покриви на вътрешния пазар има положителна тенденция на растеж. Защо? Причините са повече от ясни:

Срокът на експлоатация е около 60 години. Представете си, само гаранционният срок на употреба, който е определен от производителя, достига 20 години.
Лесна инсталация. За сравнение: монтажът на битумен покрив отнема 1,5 пъти повече време от монтажа на мембранен под.
Лесна поддръжка и ремонтни дейности.

Дебелината на покривните мембрани може да бъде 0,8-2 мм, а средното тегло на един квадратен метър е 1,3 кг.

Свойства на покривните мембрани:

еластичност;
сила;
устойчивост на ултравиолетови лъчи и други агресорни среди;
устойчивост на замръзване;
пожароустойчивост.

Има три вида покривни мембрани. Основният признак за класификация е видът на полимерния материал, който съставлява основата на платното. И така, покривните мембрани са:

принадлежащи към групата EPDM, са направени на базата на полимеризиран етилен-пропилен-диенов мономер, с други думи, Предимства: висока якост, еластичност, водоустойчивост, екологичност, ниска цена. Недостатъци: лепилна технология за свързване на платна с помощта на специална лента, фуги с ниска якост. Обхват на приложение: използва се като хидроизолационен материал за тавани на тунели, водоизточници, складове за отпадъци, изкуствени и естествени водоеми и др.
PVC мембрани. Това са черупки, при производството на които като основен материал се използва поливинилхлорид. Предимства: UV устойчивост, пожароустойчивост, богата цветова гама на мембранните листове. Недостатъци: ниска устойчивост на битумни материали, масла, разтворители; отделя вредни вещества в атмосферата; цветът на платното избледнява с времето.
TPO. Изработен от термопластични олефини. Те могат да бъдат армирани и неармирани. Първите са оборудвани с полиестерна мрежа или плат от фибростъкло. Предимства: екологичност, издръжливост, висока еластичност, температурна устойчивост (както при високи, така и при ниски температури), заварени съединения на шевовете на платната. Недостатъци: висока ценова категория, липса на производители на вътрешния пазар.

Профилирана мембрана: характеристики, функции и предимства

Профилните мембрани са иновация на строителния пазар. Такава мембрана се използва като хидроизолационен материал.

Материалът, използван при изработката е полиетилен. Последният е два вида: полиетилен с високо налягане (LDPE) и полиетилен с ниско налягане (HDPE).

Технически характеристики на мембраната от LDPE и HDPE

Индекс
Якост на опън (MPa)
Удължение при опън (%)
Плътност (kg / m3)
Якост на натиск (MPa)
Ударна якост (назъбена) (KJ/sqm)
Модул на огъване (MPa)
Твърдост (MPa)
Работна температура (˚С)	-60 до +80	-60 до +80
Дневна норма на абсорбция на вода (%)

Профилираната мембрана от полиетилен високо налягане е със специална повърхност - кухи пъпки. Височината на тези образувания може да варира от 7 до 20 mm. Вътрешната повърхност на мембраната е гладка. Това позволява безпроблемно огъване на строителни материали.

Промяната във формата на отделните участъци на мембраната е изключена, тъй като налягането е равномерно разпределено по цялата й площ поради наличието на всички същите издатини. Геомембраната може да се използва като вентилационна изолация. В този случай се осигурява свободен топлообмен вътре в сградата.

Предимства на профилираните мембрани:

повишена якост;
топлоустойчивост;
стабилност на химично и биологично въздействие;
дълъг експлоатационен живот (повече от 50 години);
лекота на инсталиране и поддръжка;
достъпна цена.

Профилираните мембрани са от три вида:

с един слой;
с двуслойно платно = геотекстил + дренажна мембрана;
с трислойно платно = хлъзгава повърхност + геотекстил + дренажна мембрана.

Еднослойна профилирана мембрана се използва за защита на основната хидроизолация, монтаж и демонтаж на бетонова подготовка на стени с висока влажност. Двуслоен защитен се използва по време на оборудването.Трислоен се използва върху почва, която се поддава на замръзване и дълбока почва.

Области на приложение на дренажни мембрани

Профилираната мембрана намира приложение в следните области:

Основна хидроизолация на основата. Осигурява надеждна защита срещу разрушителното влияние на подпочвените води, кореновата система на растенията, слягането на почвата и механичните повреди.
Дренаж на фундаментната стена. Неутрализира въздействието на подпочвените води, валежите, като ги прехвърля в дренажни системи.
Хоризонтален тип - защита срещу деформация поради структурни характеристики.
Аналог на бетонната подготовка. Използва се при строителни работи по изграждане на сгради в зоната на ниски подпочвени води, в случаите, когато се използва хоризонтална хидроизолация за защита от капилярна влага. Също така функциите на профилираната мембрана включват непропускливостта на циментовото мляко в почвата.
Вентилация на стенни повърхности с високо ниво на влажност. Може да се монтира както от вътрешната, така и от външната страна на помещението. В първия случай се активира циркулацията на въздуха, а във втория се осигурява оптимална влажност и температура.
Използван обърнат покрив.

Супер дифузионна мембрана

Супердифузионната мембрана е материал от ново поколение, чиято основна цел е да предпазва елементите на покривната конструкция от ветрови явления, валежи и пара.

Производството на защитен материал се основава на използването на нетъкан текстил, висококачествени плътни влакна. На вътрешния пазар е популярна трислойна и четирислойна мембрана. Прегледите на експерти и потребители потвърждават, че колкото повече слоеве са в основата на дизайна, толкова по-силни са неговите защитни функции и следователно толкова по-висока е енергийната ефективност на помещението като цяло.

В зависимост от вида на покрива, неговите конструктивни характеристики, климатичните условия, производителите препоръчват да се даде предпочитание на един или друг тип дифузионни мембрани. И така, те съществуват за скатни покриви на сложни и прости конструкции, за скатни покриви с минимален наклон, за сгънати покриви и др.

Супердифузионната мембрана се полага директно върху топлоизолационния слой, подовата настилка от дъските. Няма нужда от вентилационна междина. Материалът се закрепва със специални скоби или стоманени пирони. Ръбовете на дифузионните листове са свързани.Работата може да се извършва дори при екстремни условия: при силни пориви на вятъра и др.

В допълнение, въпросното покритие може да се използва като временно покривно покритие.

PVC мембрани: същност и предназначение

PVC мембраните са покривен материал, изработен от поливинилхлорид и имат еластични свойства. Такъв модерен покривен материал напълно замени битумните ролкови аналози, които имат значителен недостатък - необходимостта от системна поддръжка и ремонт. Днес характерните особености на PVC мембраните позволяват използването им при извършване на ремонтни дейности на стари плоски покриви. Използват се и при монтаж на нови покриви.

Покривът, изработен от такъв материал, е лесен за използване и монтажът му е възможен на всякакъв вид повърхност, по всяко време на годината и при всякакви метеорологични условия. PVC мембраната има следните свойства:

сила;
стабилност при излагане на UV лъчи, различни видове валежи, точкови и повърхностни натоварвания.

Благодарение на уникалните си свойства PVC мембраните ще ви служат вярно дълги години. Периодът на използване на такъв покрив е равен на периода на експлоатация на самата сграда, докато рулонните покривни материали се нуждаят от редовни ремонти, а в някои случаи дори от демонтаж и инсталиране на нов под.

Помежду си PVC мембранните листове са свързани чрез заваряване с горещо дишане, чиято температура е в диапазона 400-600 градуса по Целзий. Тази връзка е напълно запечатана.

Предимства на PVC мембраните

Техните предимства са очевидни:

гъвкавостта на покривната система, която е най-съобразена със строителния проект;
издръжлив, херметичен свързващ шев между мембранните листове;
идеална устойчивост на климатични промени, метеорологични условия, температура, влажност;
повишена паропропускливост, която допринася за изпаряването на влагата, натрупана в подпокривното пространство;
много цветови опции;
противопожарни свойства;
способността да се поддържат първоначалните свойства и външен вид за дълъг период от време;
PVC мембраната е абсолютно екологичен материал, което се потвърждава от съответните сертификати;
процесът на инсталиране е механизиран, така че няма да отнеме много време;
правилата за работа позволяват инсталирането на различни архитектурни допълнения директно върху самия покрив от PVC мембрана;
стилизирането на един слой ще ви спести пари;
лекота на поддръжка и ремонт.

Мембранна тъкан

Мембранната тъкан е позната на текстилната индустрия отдавна. От този материал се изработват обувки и дрехи: за възрастни и деца. Мембрана - основата на мембранната тъкан, представена под формата на тънък полимерен филм и притежаваща характеристики като водоустойчивост и паропропускливост. За производството на този материал този филм е покрит с външни и вътрешни защитни слоеве. Тяхната структура се определя от самата мембрана. Това се прави, за да се запазят всички полезни свойства дори в случай на повреда. С други думи, мембранното облекло не се намокри, когато е изложено на валежи под формата на сняг или дъжд, но в същото време перфектно пропуска парата от тялото във външната среда. Тази производителност позволява на кожата да диша.

Като се има предвид всичко по-горе, можем да заключим, че идеалните зимни дрехи са изработени от такава тъкан. Мембраната, която е в основата на тъканта, може да бъде:

с пори;
без пори;
комбинирани.

Тефлонът влиза в състава на мембрани с множество микропори. Размерите на такива пори дори не достигат размерите на капка вода, но са по-големи от водна молекула, което показва водоустойчивост и способност за отстраняване на потта.

Мембраните, които нямат пори, обикновено се правят от полиуретан. Вътрешният им слой концентрира всички потно-мазни секрети на човешкото тяло и ги изтласква навън.

Структурата на комбинираната мембрана предполага наличието на два слоя: порест и гладък. Тази тъкан има висококачествени характеристики и ще издържи много години.

Благодарение на тези предимства дрехите и обувките, изработени от мембранни тъкани и предназначени за носене през зимния сезон, са издръжливи, но леки и перфектно предпазват от замръзване, влага и прах. Те са просто незаменими за много активни видове зимен отдих, планинарство.

Клетъчната мембрана.
Клетъчната мембрана отделя съдържанието на всяка клетка от външната среда, осигурявайки нейната цялост; регулира обмена между клетката и околната среда; вътреклетъчните мембрани разделят клетката на специализирани затворени отделения - отделения или органели, в които се поддържат определени условия на околната среда.
Структура.
Клетъчната мембрана е двоен слой (двоен слой) от молекули от класа на липидите (мазнините), повечето от които са така наречените сложни липиди - фосфолипиди. Липидните молекули имат хидрофилна („глава”) и хидрофобна („опашка”) част. По време на образуването на мембраните хидрофобните части на молекулите се обръщат навътре, докато хидрофилните части се обръщат навън. Мембраните са много сходни структури в различни организми. Дебелината на мембраната е 7-8 nm. (10-9 метра)
хидрофилност- способността на веществото да се омокря от вода.
хидрофобност- неспособността на дадено вещество да се намокри от вода.
Биологичната мембрана също включва различни протеини:
- интегрални (проникващи през мембраната)
- полуинтегрални (потопени в единия край във външния или вътрешния липиден слой)
- повърхностни (разположени от външната или съседна на вътрешната страна на мембраната).
Някои протеини са точките на контакт на клетъчната мембрана с цитоскелета вътре в клетката и клетъчната стена (ако има такава) отвън.
цитоскелет- клетъчно скеле вътре в клетката.
Функции.
1) Бариера- осигурява регулиран, селективен, пасивен и активен метаболизъм с околната среда.
2) Транспорт- през мембраната има транспорт на вещества в и извън клетката матрица - осигурява определено относително положение и ориентация на мембранните протеини, тяхното оптимално взаимодействие.
3) Механични- осигурява автономността на клетката, нейните вътреклетъчни структури, както и връзката с други клетки (в тъканите) Междуклетъчното вещество играе голяма роля в осигуряването на механичната функция.
4) Рецептор- някои протеини в мембраната са рецептори (молекули, чрез които клетката възприема определени сигнали).
Например, хормоните, циркулиращи в кръвта, действат само върху целевите клетки, които имат рецептори, съответстващи на тези хормони. Невротрансмитерите (химикали, които провеждат нервните импулси) също се свързват със специфични рецепторни протеини на целевите клетки.
Хормони- биологично активни сигнални химикали.
5) ЕнзимнаМембранните протеини често са ензими. Например, плазмените мембрани на чревните епителни клетки съдържат храносмилателни ензими.
6) Осъществяване на генерирането и провеждането на биопотенциали.
С помощта на мембраната се поддържа постоянна концентрация на йони в клетката: концентрацията на K + йон вътре в клетката е много по-висока, отколкото извън нея, а концентрацията на Na + е много по-ниска, което е много важно, т.к. това поддържа потенциалната разлика през мембраната и генерира нервен импулс.
нервен импулс – вълна от възбуждане, предавана по нервно влакно.
7) Клетъчно етикетиране- на мембраната има антигени, които действат като маркери - "етикети", които ви позволяват да идентифицирате клетката. Това са гликопротеини (т.е. протеини с прикрепени към тях разклонени олигозахаридни странични вериги), които играят ролята на "антени". Благодарение на безбройните конфигурации на страничната верига е възможно да се направи специфичен маркер за всеки тип клетка. С помощта на маркери клетките могат да разпознават други клетки и да действат съвместно с тях, например при образуване на органи и тъкани. Освен това позволява на имунната система да разпознава чужди антигени.
свойства на пропускливостта.
Клетъчните мембрани имат селективна пропускливост: те бавно проникват през тях по различни начини:
Глюкозата е основният източник на енергия.

Аминокиселините са градивните елементи, които изграждат всички протеини в тялото.

Мастни киселини - структурни, енергийни и други функции.

Глицерол - кара тялото да задържа вода и намалява производството на урина.

Йоните са ензими за реакции.

Освен това самите мембрани до известна степен активно регулират този процес - някои вещества преминават, а други не. Има четири основни механизма за навлизане на вещества в клетката или тяхното извеждане от клетката навън:
Механизми за пасивна пропускливост:
1) Дифузия.
Вариант на този механизъм е улеснена дифузия, при която специфична молекула помага на веществото да премине през мембраната. Тази молекула може да има канал, който пропуска само един вид вещество.
дифузия-процесът на взаимно проникване на молекули на едно вещество между молекулите на друго.
Осмоза– процесът на еднопосочна дифузия през полупропусклива мембрана на молекули на разтворителя към по-висока концентрация на разтворено вещество.
Мембраната около нормалната кръвна клетка е пропусклива само за водни молекули, кислород, някои от хранителните вещества, разтворени в кръвта, и клетъчни отпадъчни продукти.
Активни механизми на пропускливост:
1) Активен транспорт.
активен транспорт– прехвърлянето на вещество от зона с ниска концентрация в зона с висока концентрация.
Активният транспорт изисква енергия, тъй като се движи от зона с ниска концентрация към зона с висока концентрация. На мембраната има специални помпени протеини, които активно изпомпват калиеви йони (K +) в клетката и изпомпват натриеви йони (Na +) от нея, АТФ служи като енергия.
АТФ– универсален източник на енергия за всички биохимични процеси. .(повече по-късно)
2) Ендоцитоза.
Частици, които по някаква причина не могат да преминат през клетъчната мембрана, но са необходими за клетката, могат да проникнат през мембраната чрез ендоцитоза.
Ендоцитоза– процесът на усвояване на външен материал от клетката.
Селективната пропускливост на мембраната при пасивен транспорт се дължи на специални канали - интегрални протеини. Те проникват в мембраната през и през, образувайки един вид проход. Елементите K, Na и Cl имат свои собствени канали. По отношение на концентрационния градиент, молекулите на тези елементи се движат навътре и извън клетката. При дразнене натриевите йонни канали се отварят и има рязък приток на натриеви йони в клетката. Това води до дисбаланс на мембранния потенциал. След това мембранният потенциал се възстановява. Калиевите канали са винаги отворени, през които калиевите йони бавно навлизат в клетката.
Структура на мембраната
Пропускливост
активен транспорт
Осмоза
Ендоцитоза

9.5.1. Една от основните функции на мембраните е участието в транспорта на вещества. Този процес се осигурява от три основни механизма: проста дифузия, улеснена дифузия и активен транспорт (Фигура 9.10). Запомнете най-важните характеристики на тези механизми и примери за пренасяните вещества във всеки случай.

Фигура 9.10.Механизми на транспорт на молекули през мембраната

проста дифузия- пренос на вещества през мембраната без участието на специални механизми. Транспортът се извършва по градиент на концентрация без консумация на енергия. Малки биомолекули - H2O, CO2, O2, урея, хидрофобни нискомолекулни вещества се транспортират чрез проста дифузия. Скоростта на простата дифузия е пропорционална на концентрационния градиент.

Улеснена дифузия- пренос на вещества през мембраната с помощта на протеинови канали или специални протеини-носители. Провежда се по концентрационния градиент без разход на енергия. Пренасят се монозахариди, аминокиселини, нуклеотиди, глицерол, някои йони. Характерна е кинетиката на насищане - при определена (насищаща) концентрация на пренасяното вещество в преноса участват всички молекули носители и транспортната скорост достига гранична стойност.

активен транспорт- също изисква участието на специални протеини-носители, но прехвърлянето става срещу концентрационен градиент и следователно изисква енергия. С помощта на този механизъм йони Na+, K+, Ca2+, Mg2+ се транспортират през клетъчната мембрана, а протоните през митохондриалната мембрана. Активният транспорт на вещества се характеризира с кинетика на насищане.

9.5.2. Пример за транспортна система, която извършва активен йонен транспорт е Na+,K+ -аденозин трифосфатаза (Na+,K+ -ATPase или Na+,K+ -помпа). Този протеин се намира в дебелината на плазмената мембрана и е в състояние да катализира реакцията на хидролиза на АТФ. Енергията, освободена по време на хидролизата на 1 молекула АТФ, се използва за прехвърляне на 3 Na + йони от клетката в извънклетъчното пространство и 2 K + йони в обратна посока (Фигура 9.11). В резултат на действието на Na +, K + -АТФаза се създава концентрационна разлика между цитозола на клетката и извънклетъчната течност. Тъй като транспортът на йони е нееквивалентен, възниква разлика в електрическите потенциали. Така възниква електрохимичен потенциал, който е сумата от енергията на разликата в електрическите потенциали Δφ и енергията на разликата в концентрациите на веществата ΔС от двете страни на мембраната.

Фигура 9.11.Схема на Na+, K+ -помпа.

9.5.3. Пренос през мембрани на частици и високомолекулни съединения

Наред с транспорта на органични вещества и йони, извършван от носители, в клетката има много специален механизъм, предназначен да абсорбира и отстранява макромолекулни съединения от клетката чрез промяна на формата на биомембраната. Такъв механизъм се нарича везикуларен транспорт.

Фигура 9.12.Видове везикуларен транспорт: 1 - ендоцитоза; 2 - екзоцитоза.

По време на преноса на макромолекули се получава последователно образуване и сливане на везикули (везикули), заобиколени от мембрана. Според посоката на транспортиране и естеството на прехвърлените вещества се разграничават следните видове везикуларен транспорт:

Ендоцитоза(Фигура 9.12, 1) - прехвърлянето на вещества в клетката. В зависимост от размера на получените везикули има:

а) пиноцитоза - абсорбция на течни и разтворени макромолекули (протеини, полизахариди, нуклеинови киселини) с помощта на малки мехурчета (150 nm в диаметър);

б) фагоцитоза — абсорбция на големи частици, като микроорганизми или клетъчни остатъци. В този случай се образуват големи везикули, наречени фагозоми с диаметър над 250 nm.

Пиноцитозата е характерна за повечето еукариотни клетки, докато големите частици се абсорбират от специализирани клетки - левкоцити и макрофаги. На първия етап от ендоцитозата вещества или частици се адсорбират върху повърхността на мембраната; този процес протича без консумация на енергия. На следващия етап мембраната с адсорбираното вещество се задълбочава в цитоплазмата; получените локални инвагинации на плазмената мембрана се отделят от клетъчната повърхност, образувайки везикули, които след това мигрират в клетката. Този процес е свързан чрез система от микрофиламенти и е енергийно зависим. Везикулите и фагозомите, които влизат в клетката, могат да се слеят с лизозомите. Ензимите, съдържащи се в лизозомите, разграждат веществата, съдържащи се във везикулите и фагозомите, до продукти с ниско молекулно тегло (аминокиселини, монозахариди, нуклеотиди), които се транспортират до цитозола, където могат да бъдат използвани от клетката.

Екзоцитоза(Фигура 9.12, 2) - прехвърляне на частици и големи съединения от клетката. Този процес, подобно на ендоцитозата, протича с усвояване на енергия. Основните видове екзоцитоза са:

а) секреция - отстраняване от клетката на водоразтворимите съединения, които се използват или засягат други клетки на тялото. Може да се осъществява както от неспециализирани клетки, така и от клетки на жлезите с вътрешна секреция, лигавицата на стомашно-чревния тракт, адаптирани за секрецията на произвежданите от тях вещества (хормони, невротрансмитери, проензими), в зависимост от специфичните нужди на организма. .

Секретираните протеини се синтезират върху рибозоми, свързани с мембраните на грапавия ендоплазмен ретикулум. След това тези протеини се транспортират до апарата на Голджи, където се модифицират, концентрират, сортират и след това се пакетират във везикули, които се разцепват в цитозола и впоследствие се сливат с плазмената мембрана, така че съдържанието на везикулите да е извън клетката.

За разлика от макромолекулите, малките секретирани частици, като протони, се транспортират извън клетката чрез улеснена дифузия и активни транспортни механизми.

б) екскреция - отстраняване от клетката на вещества, които не могат да бъдат използвани (например отстраняване на ретикуларно вещество от ретикулоцитите по време на еритропоезата, което е агрегиран остатък от органели). Механизмът на екскреция, очевидно, се състои в това, че първоначално екскретираните частици са в цитоплазмената везикула, която след това се слива с плазмената мембрана.

За никого не е тайна, че всички живи същества на нашата планета са съставени от техните клетки, тези безброй "" органични вещества. Клетките, от своя страна, са заобиколени от специална защитна мембрана - мембрана, която играе много важна роля в живота на клетката, а функциите на клетъчната мембрана не се ограничават до защита на клетката, а представляват най-сложния включен механизъм в клетъчното възпроизвеждане, хранене и регенерация.

Какво е клетъчна мембрана

Самата дума „мембрана“ се превежда от латински като „филм“, въпреки че мембраната не е просто вид филм, в който е обвита клетката, а комбинация от два филма, свързани помежду си и имащи различни свойства. Всъщност клетъчната мембрана е трислойна липопротеинова (мастно-протеинова) обвивка, която отделя всяка клетка от съседните клетки и околната среда и осъществява контролиран обмен между клетките и околната среда, това е академичната дефиниция за това какво е клетка мембраната е.

Стойността на мембраната е просто огромна, защото тя не само отделя една клетка от друга, но също така осигурява взаимодействието на клетката, както с други клетки, така и с околната среда.

История на изследването на клетъчните мембрани

Важен принос в изследването на клетъчната мембрана направиха двама немски учени Гортер и Грендел през 1925 г. Тогава успяха да проведат сложен биологичен експеримент върху червени кръвни клетки - еритроцити, по време на който учените получиха така наречените "сенки", празни черупки от еритроцити, които бяха сгънати в една купчина и измериха повърхността, а също изчисли количеството липиди в тях. Въз основа на полученото количество липиди учените стигат до извода, че те са достатъчни точно за двойния слой на клетъчната мембрана.

През 1935 г. друга двойка изследователи на клетъчната мембрана, този път американците Даниел и Доусън, след серия от дълги експерименти, определят съдържанието на протеин в клетъчната мембрана. В противен случай беше невъзможно да се обясни защо мембраната има толкова високо повърхностно напрежение. Учените хитро представиха модел на клетъчната мембрана под формата на сандвич, в който ролята на хляб се играе от хомогенни липидно-протеинови слоеве, а между тях вместо масло има празнота.

През 1950 г., с появата на електронната теория на Даниел и Доусън, вече е възможно да се потвърдят практическите наблюдения - на микроснимки на клетъчната мембрана ясно се виждат слоеве от липидни и протеинови глави, както и празно пространство между тях.

През 1960 г. американският биолог Дж. Робъртсън създава теория за трислойната структура на клетъчните мембрани, която дълго време се счита за единствената вярна, но с по-нататъшното развитие на науката започват да се появяват съмнения в нейната непогрешимост. Така например от гледна точка на клетките би било трудно и трудоемко да се транспортират необходимите полезни вещества през целия „сандвич“

И едва през 1972 г. американските биолози С. Сингър и Г. Никълсън успяха да обяснят несъответствията на теорията на Робъртсън с помощта на нов течно-мозаичен модел на клетъчната мембрана. По-специално те установиха, че клетъчната мембрана не е хомогенна по състав, освен това е асиметрична и пълна с течност. Освен това клетките са в постоянно движение. А прословутите протеини, които изграждат клетъчната мембрана, имат различни структури и функции.

Свойства и функции на клетъчната мембрана

Сега нека да разгледаме какви функции изпълнява клетъчната мембрана:

Бариерната функция на клетъчната мембрана - мембраната, като истинска гранична охрана, стои на стража над границите на клетката, забавяйки, не пропускайки вредни или просто неподходящи молекули

Транспортната функция на клетъчната мембрана - мембраната е не само гранична охрана на портите на клетката, но и вид митнически контролно-пропускателен пункт, през който постоянно преминава обменът на полезни вещества с други клетки и околната среда.

Матрична функция - това е клетъчната мембрана, която определя местоположението една спрямо друга, регулира взаимодействието между тях.

Механична функция - отговаря за ограничаването на една клетка от друга и успоредно с това за правилното свързване на клетките една с друга, за образуването им в хомогенна тъкан.

Защитната функция на клетъчната мембрана е в основата на изграждането на защитен щит на клетката. В природата тази функция може да бъде илюстрирана с твърда дървесина, плътна кожа, защитна обвивка, всичко това се дължи на защитната функция на мембраната.

Ензимната функция е друга важна функция, изпълнявана от някои клетъчни протеини. Например, поради тази функция, синтезът на храносмилателни ензими се извършва в чревния епител.

Също така, в допълнение към всичко това, клетъчният метаболизъм се осъществява през клетъчната мембрана, което може да се осъществи чрез три различни реакции:

Фагоцитозата е клетъчен обмен, при който фагоцитните клетки, вградени в мембраната, улавят и усвояват различни хранителни вещества.
Пиноцитоза - е процесът на улавяне от клетъчната мембрана на молекулите на течността в контакт с нея. За да направите това, на повърхността на мембраната се образуват специални пипала, които сякаш обграждат капка течност, образувайки мехур, който впоследствие се „поглъща“ от мембраната.
Екзоцитоза - е обратният процес, когато клетката освобождава секреторна функционална течност през мембраната на повърхността.

Структурата на клетъчната мембрана

Има три класа липиди в клетъчната мембрана:

фосфолипиди (те са комбинация от мазнини и фосфор),
гликолипиди (комбинация от мазнини и въглехидрати),
холестерол.

Фосфолипидите и гликолипидите от своя страна се състоят от хидрофилна глава, в която се простират две дълги хидрофобни опашки. Холестеролът, от друга страна, заема пространството между тези опашки, предотвратявайки ги от огъване, всичко това в някои случаи прави мембраната на определени клетки много твърда. В допълнение към всичко това молекулите на холестерола регулират структурата на клетъчната мембрана.

Но както и да е, най-важната част от структурата на клетъчната мембрана е протеинът или по-скоро различни протеини, които играят различни важни роли. Въпреки разнообразието от протеини, съдържащи се в мембраната, има нещо, което ги обединява - пръстеновидните липиди са разположени около всички мембранни протеини. Ануларните липиди са специални структурирани мазнини, които служат като вид защитна обвивка за протеини, без които те просто не биха работили.

Структурата на клетъчната мембрана има три слоя: основата на клетъчната мембрана е хомогенен течен липиден слой. Белтъците го покриват от двете страни като мозайка. Именно протеините, в допълнение към описаните по-горе функции, играят и ролята на своеобразни канали, през които през мембраната преминават вещества, които не могат да проникнат през течния слой на мембраната. Те включват например калиеви и натриеви йони, за тяхното проникване през мембраната природата осигурява специални йонни канали на клетъчните мембрани. С други думи, протеините осигуряват пропускливостта на клетъчните мембрани.

Ако погледнем клетъчната мембрана през микроскоп, ще видим слой липиди, образуван от малки сферични молекули, върху които белтъците плуват като в морето. Сега знаете какви вещества са част от клетъчната мембрана.

Клетъчна мембрана, видео

И накрая едно образователно видео за клетъчната мембрана.