biljne ćelijske membrane. Struktura i funkcije bioloških membrana

Stanična membrana biljke jedna je od organela koja obavija citoplazmu i služi kao specifična barijera između unutrašnjeg sadržaja i vanjskog okruženja. Ovaj organoid ima i druga imena prihvaćena u biološkoj nauci: plazma membrana, plazmalema i citolema. U potpunosti je proučavan tek relativno nedavno - sedamdesetih godina prošlog stoljeća, napredak u istraživanju povezan je s pojavom prvih elektronskih mikroskopa, što je uvelike olakšalo rad istraživača. Prvi naučni eksperimenti koji su se ticali plazmaleme, i koji su dobili važne rezultate, izvedeni su 1925. godine. Stanična membrana biljne ćelije ima svojstva koja je razlikuju od slične životinjske organele. Ovaj članak će detaljno razmotriti ove karakteristike.

A funkcije se ne razlikuju mnogo u različitim organizmima. Većina vrsta ima sljedeću strukturu plazma membrane:

vanjski sloj. Sastoji se od proteina, nije kontinuiran, ima posebne kanale u svojoj strukturi, koji se sastoje od jona, koji služe za transport unutar tvari koje nisu u stanju samostalno savladati srednji sloj.
srednji sloj. Inače - bilipidni ili masni. Tečan je i relativno homogen, jer različite vrste proteina prisutnih u vanjskim slojevima mogu prodrijeti u njega. Sadrži nekoliko vrsta lipida: fosfolipide, holesterol i glikolipide. Holesterol nije uvijek prisutan. Lipidi imaju glavu, koja se smatra hidrofilnom, kao i dva duga kraja, koji su, naprotiv, hidrofobni.
Unutrašnji sloj. Slično kao i vanjski sloj, sastoji se od proteina. Također, proteinski slojevi imaju posebne prstenaste lipide, koji im služe kao zaštitni film, osiguravajući njihov rad.

Proteinski slojevi membrane biljne ćelije sastoje se od:

integralni proteini. Distribuirano po cijeloj širini plazmaleme;
poluintegralni. Ugrađeni unutra, ali ne prolaze kroz citolemu;
periferni. Prisutan samo na površini.

Razmatrano gore, što je uglavnom isto kod različitih vrsta, još uvijek ima male razlike u organizmima kao što su biljke, gljive i bakterije. Da bi se razumjela suština ovih razlika, potrebno je razmotriti zadatke koje plazmalema rješava u biljnim organizmima.

Pogledajte video o strukturi ćelije i ćelijskoj membrani.

Stanična membrana biljke obavlja sljedeće funkcije:

Dostava. Podstiče unos esencijalnih nutrijenata. Reguliše ukupnu razmenu ćelije sa spoljašnjim okruženjem.
Matrix. Odgovoran je za lokaciju drugih unutrašnjih organela, fiksira njihov položaj i promiče njihovu međusobnu interakciju.
Regulacija energetskog metabolizma. Osigurava tijek različitih procesa, od fotosinteze do ćelijskog disanja. Ovi procesi bi bili nemogući bez proteinskih kanala plazmaleme.
Proizvodnja enzima. Enzimi se proizvode u proteinskim slojevima plazma membrana nekih ćelija.

U životinjskim i biljnim stanicama struktura stanične membrane je identična, ali su funkcije koje obavljaju različite. To se može objasniti prisustvom biljaka. Ovaj zid je dodatni organoid koji prekriva citolemu izvana, i kao rezultat toga preuzima neke od njenih funkcija.

Funkcije koje preuzima ćelijski zid:

zaštitni. Ovaj zid je jak, što pomaže u sprečavanju mehaničkih oštećenja. Takođe selektivno pušta molekule unutra, sprečavajući one koji su patogeni da uđu;
formiranje zaliha. Neke korisne supstance se odlažu u zid za upotrebu u slučaju nepovoljnih uslova, kao i za obezbeđivanje rasta i razvoja;
reguliše unutrašnji pritisak. Izvođenje ove funkcije direktno je povezano sa snagom tijela;
interakcija sa drugim ćelijama. Prisutnost posebnih kanala u zidu omogućava vam razmjenu informacija o stanju vanjskog okruženja.

Razmatrani zid preuzima niz funkcija koje u životinjskim organizmima obavlja citolema. Zbog toga se struktura membrane biljaka i nekih drugih vrsta može razlikovati.

Vrijednost citoleme za tijelo

Unatoč činjenici da su u biljkama mnoge funkcije delegirane s citoleme na drugu organelu, ona i dalje igra vrlo važnu ulogu u životu organizma.

Uz pomoć plazmaleme odvijaju se glavni metabolički procesi, izraženi sljedećim reakcijama:

Egzocitoza. Oslobađanje spolja supstanci koje su već prethodno obrađene ili su formirane posebno za ulazak u vanjsko okruženje (na primjer, hormoni ili enzimi). Da bi se uklonili, na unutrašnjoj površini citoleme formiraju se posebne vezikule, koje prolaze kroz redove lipida, a zatim se njihov sadržaj oslobađa prema van.
Fagocitoza. Apsorpcija citolemom čestica određenih nutrijenata i njihova dalja obrada. Za ovaj proces su odgovorne posebne ćelije zvane fagociti, koje su vezane za citolemu.
Pinocitoza. Apsorpcija plazmalemom tečnih molekula koji su joj u neposrednoj blizini. To rade posebne flagele koje se nalaze na površini plazmaleme, zbog čega tekućina koja ulazi na površinu poprima oblik kapi i može se uhvatiti.

Zbog prisustva jonskih kanala kroz citolemu ulaze brojne supstance neophodne za život. Važnost ovih kanala teško se može precijeniti, na njihovu važnost ukazuje, barem, činjenica da ako kanali izgube svoj ton i prestanu ispravno obavljati svoje funkcije, stanica počinje gladovanje kisikom, zbog čega nakon nekog vremena, može degenerisati u ćeliju raka.

U biljnoj ćeliji ne samo citolema, već i stanični zid je odgovoran za procese ishrane, stoga je toliko važno da kombinacija ovih organela bude u ispravnom stanju, život direktno zavisi od toga.

Mislite li da su sve funkcije ćelijske membrane bile naznačene u materijalu? Možda među vama ima onih najpažljivijih, koji znaju još jednu beznačajnu funkciju? Podijelite svoja zapažanja na

Priroda je stvorila mnoge organizme i ćelije, ali uprkos tome, struktura i većina funkcija bioloških membrana su iste, što nam omogućava da razmotrimo njihovu strukturu i proučavamo njihova ključna svojstva bez vezivanja za određenu vrstu ćelije.

Šta je membrana?

Membrane su zaštitni element koji je sastavni dio ćelije svakog živog organizma.

Strukturna i funkcionalna jedinica svih živih organizama na planeti je ćelija. Njegova vitalna aktivnost je neraskidivo povezana sa okruženjem sa kojim razmenjuje energiju, informacije, materiju. Dakle, nutritivna energija neophodna za funkcionisanje ćelije dolazi izvana i troši se na provođenje njenih različitih funkcija.

Struktura najjednostavnije strukturne jedinice živog organizma: membrana organela, razne inkluzije. Okružen je membranom unutar koje se nalazi jezgro i sve organele. To su mitohondriji, lizozomi, ribozomi, endoplazmatski retikulum. Svaki strukturni element ima svoju membranu.

Uloga u životu ćelije

Biološka membrana igra kulminirajuću ulogu u strukturi i funkcionisanju elementarnog živog sistema. Organizmom se s pravom može nazvati samo ćelija okružena zaštitnom ljuskom. Proces kao što je metabolizam također se odvija zbog prisustva membrane. Ako je narušen njegov strukturni integritet, to dovodi do promjene funkcionalnog stanja organizma u cjelini.

Ćelijska membrana i njene funkcije

Odvaja citoplazmu ćelije od spoljašnje sredine ili od membrane. Ćelijska membrana osigurava pravilno obavljanje specifičnih funkcija, specifičnosti međućelijskih kontakata i imunoloških manifestacija, te podržava transmembransku razliku u električnom potencijalu. Sadrži receptore koji percipiraju hemijske signale - hormone, medijatore i druge biološki aktivne komponente. Ovi receptori mu daju još jednu sposobnost - da promijeni metaboličku aktivnost ćelije.

Funkcije membrane:

1. Aktivni prijenos supstanci.

2. Pasivni prenos supstanci:

2.1. Difuzija je jednostavna.

2.2. transport kroz pore.

2.3. Transport se vrši difuzijom nosača zajedno sa membranskom supstancom ili prenošenjem supstance duž molekularnog lanca nosača.

3. Prijenos neelektrolita zbog jednostavne i olakšane difuzije.

Struktura ćelijske membrane

Komponente ćelijske membrane su lipidi i proteini.

Lipidi: fosfolipidi, fosfatidiletanolamin, sfingomijelin, fosfatidilinozitol i fosfatidilserin, glikolipidi. Udio lipida je 40-90%.

Proteini: periferni, integralni (glikoproteini), spektrin, aktin, citoskelet.

Glavni strukturni element je dvostruki sloj fosfolipidnih molekula.

Krovna membrana: definicija i tipologija

Neka statistika. Na teritoriji Ruske Federacije membrana se ne tako davno koristila kao krovni materijal. Udio membranskih krovova od ukupnog broja mekih krovnih ploča iznosi samo 1,5%. Bitumenski i mastiksni krovovi postali su sve rašireniji u Rusiji. Ali u zapadnoj Evropi, membranski krovovi čine 87%. Razlika je opipljiva.

U pravilu je membrana kao glavni materijal u krovnom preklopu idealna za ravne krovove. Za one sa velikim predrasudama, manje je prikladan.

Obim proizvodnje i prodaje membranskih krovova na domaćem tržištu ima pozitivan trend rasta. Zašto? Razlozi su više nego jasni:

Vijek trajanja je oko 60 godina. Zamislite, samo garantni rok upotrebe, koji je odredio proizvođač, doseže 20 godina.
Jednostavnost instalacije. Za usporedbu: ugradnja bitumenskog krova traje 1,5 puta više vremena od ugradnje membranskog poda.
Lakoća održavanja i popravki.

Debljina krovnih membrana može biti 0,8-2 mm, a prosječna težina jednog kvadratnog metra je 1,3 kg.

Svojstva krovnih membrana:

elastičnost;
snaga;
otpornost na ultraljubičaste zrake i druge agresorske medije;
otpornost na mraz;
otpornost na vatru.

Postoje tri vrste krovnih membrana. Glavna karakteristika klasifikacije je vrsta polimernog materijala koji čini osnovu platna. Dakle, krovne membrane su:

koji pripadaju EPDM grupi, izrađeni su na bazi polimerizovanog etilen-propilen-dien monomera, drugim riječima, prednosti: visoka čvrstoća, elastičnost, vodootpornost, ekološka prihvatljivost, niska cijena. Nedostaci: ljepljiva tehnologija za spajanje platna pomoću posebne trake, spojevi male čvrstoće. Područje primjene: koristi se kao hidroizolacijski materijal za tunelske stropove, izvore vode, skladišta otpada, umjetne i prirodne rezervoare itd.
PVC membrane. To su školjke, u čijoj se proizvodnji kao glavni materijal koristi polivinil klorid. Prednosti: UV otpornost, otpornost na vatru, širok raspon boja membranskih listova. Nedostaci: niska otpornost na bitumenske materijale, ulja, otapala; emituje štetne materije u atmosferu; boja platna bledi tokom vremena.
TPO. Napravljen od termoplastičnih olefina. Mogu biti ojačane i neojačane. Prvi su opremljeni poliesterskom mrežom ili fiberglas tkaninom. Prednosti: ekološka prihvatljivost, izdržljivost, visoka elastičnost, temperaturna otpornost (i na visokim i na niskim temperaturama), zavareni spojevi šavova platna. Nedostaci: visoka cjenovna kategorija, nedostatak proizvođača na domaćem tržištu.

Profilirana membrana: karakteristike, funkcije i prednosti

Profilirane membrane su inovacija na građevinskom tržištu. Takva membrana se koristi kao hidroizolacijski materijal.

Materijal koji se koristi u proizvodnji je polietilen. Potonji je dva tipa: polietilen visokog pritiska (LDPE) i polietilen niskog pritiska (HDPE).

Tehničke karakteristike membrane od LDPE i HDPE

Indeks
Vlačna čvrstoća (MPa)
Zatezno izduženje (%)
Gustina (kg/m3)
Čvrstoća na pritisak (MPa)
Čvrstoća udarca (zarezana) (KJ/m²)
Modul savijanja (MPa)
tvrdoća (MPa)
Radna temperatura (˚S)	-60 do +80	-60 do +80
Dnevna stopa apsorpcije vode (%)

Profilisana membrana od polietilena visokog pritiska ima posebnu površinu - šuplje bubuljice. Visina ovih formacija može varirati od 7 do 20 mm. Unutrašnja površina membrane je glatka. To omogućava nesmetano savijanje građevinskih materijala.

Promjena oblika pojedinih dijelova membrane je isključena, jer je pritisak ravnomjerno raspoređen na cijelom njenom području zbog prisustva svih istih izbočina. Geomembrana se može koristiti kao ventilaciona izolacija. U tom slučaju je osigurana slobodna izmjena topline unutar zgrade.

Prednosti profilisanih membrana:

povećana snaga;
otpornost na toplinu;
stabilnost hemijskog i biološkog uticaja;
dug radni vek (više od 50 godina);
jednostavnost instalacije i održavanja;
pristupačna cijena.

Profilirane membrane su tri vrste:

sa jednim slojem;
sa dvoslojnim platnom = geotekstil + drenažna membrana;
sa troslojnim platnom = klizava površina + geotekstil + drenažna membrana.

Jednoslojna profilisana membrana koristi se za zaštitu glavne hidroizolacije, ugradnju i demontažu betonske pripreme zidova sa visokom vlažnošću. Prilikom opremanja koristi se dvoslojni zaštitni, a troslojni na zemljištu koje je podložno mraznom puhanju i dubokom tlu.

Područja upotrebe drenažnih membrana

Profilirana membrana nalazi svoju primjenu u sljedećim područjima:

Osnovna hidroizolacija temelja. Pruža pouzdanu zaštitu od destruktivnog utjecaja podzemnih voda, korijenskog sistema biljaka, slijeganja tla i mehaničkih oštećenja.
Drenaža temeljnog zida. Neutrališe uticaj podzemnih voda, padavina prenoseći ih u drenažne sisteme.
Horizontalni tip - zaštita od deformacija zbog strukturnih karakteristika.
Analog pripreme betona. Koristi se u slučaju građevinskih radova na izgradnji objekata u zoni niske podzemne vode, u slučajevima kada se koristi horizontalna hidroizolacija za zaštitu od kapilarne vlage. Također, funkcije profilirane membrane uključuju nepropusnost cementnog mlijeka u tlo.
Ventilacija zidnih površina sa visokim nivoom vlage. Može se ugraditi i na unutrašnju i na vanjsku stranu prostorije. U prvom slučaju aktivira se cirkulacija zraka, au drugom se osigurava optimalna vlažnost i temperatura.
Polovan obrnuti krov.

Super difuzna membrana

Superdifuzijska membrana je materijal nove generacije čija je glavna namjena zaštita elemenata krovne konstrukcije od pojava vjetra, padavina i pare.

Proizvodnja zaštitnog materijala bazirana je na upotrebi netkanih, visokokvalitetnih gustih vlakana. Na domaćem tržištu popularna je troslojna i četveroslojna membrana. Recenzije stručnjaka i potrošača potvrđuju da što je više slojeva u osnovi dizajna, to su jače njegove zaštitne funkcije, a time i veća energetska učinkovitost prostorije u cjelini.

Ovisno o vrsti krova, njegovim dizajnerskim karakteristikama, klimatskim uvjetima, proizvođači preporučuju davanje prednosti jednoj ili drugoj vrsti difuzijskih membrana. Dakle, postoje za kosi krov složenih i jednostavnih konstrukcija, za krovove sa minimalnim nagibom, za preklopljene krovove itd.

Superdifuziona membrana se postavlja direktno na toplotnoizolacioni sloj, pod od dasaka. Nema potrebe za ventilacijskim otvorom. Materijal je pričvršćen posebnim nosačima ili čeličnim čavlima. Rubovi difuzijskih limova su spojeni.Radovi se mogu izvoditi iu ekstremnim uslovima: pri jakim naletima vjetra itd.

Osim toga, predmetni premaz se može koristiti kao privremeni krovni pokrivač.

PVC membrane: suština i namjena

PVC membrane su krovni materijal izrađen od polivinil hlorida i imaju elastična svojstva. Takav moderan krovni materijal u potpunosti je zamijenio analoge bitumenskih valjaka, koji imaju značajan nedostatak - potrebu za sustavnim održavanjem i popravkom. Danas karakteristične karakteristike PVC membrana omogućavaju njihovu upotrebu pri izvođenju popravki na starim ravnim krovovima. Koriste se i kod postavljanja novih krovova.

Krov od takvog materijala jednostavan je za korištenje, a njegova montaža je moguća na bilo koju vrstu površine, u bilo koje doba godine i pod bilo kojim vremenskim uvjetima. PVC membrana ima sledeća svojstva:

snaga;
stabilnost pri izloženosti UV zracima, raznim vrstama padavina, tačkastim i površinskim opterećenjima.

Zahvaljujući svojim jedinstvenim svojstvima, PVC membrane će vam vjerno služiti dugi niz godina. Period korištenja takvog krova jednak je periodu eksploatacije samog objekta, dok valjani krovni materijali zahtijevaju redovne popravke, au nekim slučajevima i demontažu i postavljanje novog poda.

Između sebe, PVC membranski listovi su povezani zavarivanjem na vrući dah, čija je temperatura u rasponu od 400-600 stepeni Celzijusa. Ova veza je potpuno zapečaćena.

Prednosti PVC membrana

Njihove prednosti su očigledne:

fleksibilnost krovnog sistema, koji je najviše u skladu sa projektom izgradnje;
izdržljiv, hermetički nepropusni spojni šav između listova membrane;
idealna tolerancija na klimatske promjene, vremenske uslove, temperaturu, vlažnost;
povećana paropropusnost, što doprinosi isparavanju vlage nakupljene u podkrovnom prostoru;
mnoge opcije boja;
svojstva za gašenje požara;
sposobnost održavanja izvornih svojstava i izgleda dugo vremena;
PVC membrana je apsolutno ekološki materijal, što je potvrđeno relevantnim certifikatima;
proces instalacije je mehaniziran, tako da neće potrajati mnogo vremena;
pravila rada dozvoljavaju ugradnju raznih arhitektonskih dodataka direktno na sam krov od PVC membrane;
jednoslojni stil će vam uštedjeti novac;
jednostavnost održavanja i popravke.

Membranska tkanina

Membranska tkanina poznata je tekstilnoj industriji dugo vremena. Od ovog materijala izrađuju se obuća i odjeća: za odrasle i djecu. Membrana - osnova membranske tkanine, predstavljena u obliku tankog polimernog filma i koja ima karakteristike kao što su vodootpornost i paropropusnost. Za proizvodnju ovog materijala ovaj film je prekriven vanjskim i unutarnjim zaštitnim slojem. Njihovu strukturu određuje sama membrana. To se radi kako bi se očuvala sva korisna svojstva čak i u slučaju oštećenja. Drugim riječima, membranska odjeća se ne smoči kada je izložena padavinama u obliku snijega ili kiše, ali u isto vrijeme savršeno propušta paru iz tijela u vanjsko okruženje. Ova propusnost omogućava koži da diše.

Uzimajući u obzir sve navedeno, možemo zaključiti da se od takve tkanine pravi idealna zimska odjeća. Membrana, koja se nalazi u osnovi tkanine, može biti:

sa porama;
bez pora;
kombinovano.

Teflon je uključen u sastav membrana sa mnogo mikropora. Dimenzije takvih pora ne dostižu ni dimenzije kapi vode, već su veće od molekule vode, što ukazuje na vodootpornost i sposobnost uklanjanja znoja.

Membrane koje nemaju pore obično su napravljene od poliuretana. Njihov unutrašnji sloj koncentriše sve izlučevine znoja i masti iz ljudskog tijela i istiskuje ih van.

Struktura kombinovane membrane podrazumeva prisustvo dva sloja: poroznog i glatkog. Ova tkanina ima visoke kvalitete i trajat će dugi niz godina.

Zahvaljujući ovim prednostima, odjeća i obuća od membranskih tkanina dizajnirana za nošenje u zimskom periodu je izdržljiva, ali lagana i savršeno štiti od mraza, vlage i prašine. Jednostavno su nezamjenjivi za mnoge aktivne vidove zimske rekreacije, planinarenje.

Stanične membrane.
Ćelijska membrana odvaja sadržaj bilo koje ćelije od spoljašnje sredine, osiguravajući njen integritet; reguliše razmjenu između ćelije i okoline; intracelularne membrane dijele ćeliju u specijalizirane zatvorene odjeljke - odjeljke ili organele, u kojima se održavaju određeni uvjeti okoline.
Struktura.
Stanična membrana je dvostruki sloj (dvosloj) molekula klase lipida (masti), od kojih većinu čine takozvani kompleksni lipidi - fosfolipidi. Molekuli lipida imaju hidrofilni ("glava") i hidrofobni ("rep") dio. Tokom formiranja membrana, hidrofobni dijelovi molekula okreću se prema unutra, dok se hidrofilni dijelovi okreću prema van. Membrane su vrlo slične strukture u različitim organizmima. Debljina membrane je 7-8 nm. (10-9 metara)
hidrofilnost- sposobnost tvari da se navlaži vodom.
hidrofobnost- nesposobnost tvari da se navlaži vodom.
Biološka membrana također uključuje različite proteine:
- integralni (prodiranje kroz membranu)
- poluintegralni (uronjeni na jednom kraju u vanjski ili unutrašnji lipidni sloj)
- površinski (nalazi se na vanjskoj ili uz unutrašnje strane membrane).
Neki proteini su tačke kontakta stanične membrane sa citoskeletom unutar ćelije i ćelijskim zidom (ako postoji) izvan.
citoskelet- ćelijska skela unutar ćelije.
Funkcije.
1) Barijera- obezbeđuje regulisan, selektivan, pasivan i aktivan metabolizam sa okolinom.
2) Transport- kroz membranu se odvija transport supstanci u i iz ćelije matriks - obezbeđuje određeni relativni položaj i orijentaciju membranskih proteina, njihovu optimalnu interakciju.
3) Mehanički- osigurava autonomiju ćelije, njenih unutarćelijskih struktura, kao i povezanost sa drugim ćelijama (u tkivima) Međućelijska supstanca ima veliku ulogu u obezbeđivanju mehaničke funkcije.
4) Receptor- neki proteini u membrani su receptori (molekuli pomoću kojih ćelija percipira određene signale).
Na primjer, hormoni koji kruže krvlju djeluju samo na ciljne stanice koje imaju receptore koji odgovaraju tim hormonima. Neurotransmiteri (hemikalije koje provode nervne impulse) se također vezuju za specifične receptorske proteine na ciljnim stanicama.
Hormoni- biološki aktivne signalne hemikalije.
5) Enzimski Membranski proteini su često enzimi. Na primjer, plazma membrane epitelnih stanica crijeva sadrže probavne enzime.
6) Implementacija generisanja i provođenja biopotencijala.
Uz pomoć membrane u ćeliji se održava konstantna koncentracija jona: koncentracija iona K+ unutar ćelije je mnogo veća nego izvan nje, a koncentracija Na+ je mnogo niža, što je veoma važno, jer ovo održava razliku potencijala kroz membranu i stvara nervni impuls.
nervnog impulsa – talas ekscitacije koji se prenosi duž nervnog vlakna.
7) Označavanje ćelija- na membrani se nalaze antigeni koji djeluju kao markeri - "oznake" koje vam omogućavaju da identifikujete ćeliju. To su glikoproteini (odnosno proteini sa razgranatim bočnim lancima oligosaharida koji su vezani za njih) koji igraju ulogu "antene". Zbog mnoštva konfiguracija bočnih lanaca, moguće je napraviti poseban marker za svaki tip ćelije. Uz pomoć markera, ćelije mogu prepoznati druge ćelije i djelovati u skladu s njima, na primjer, prilikom formiranja organa i tkiva. Takođe omogućava imunološkom sistemu da prepozna strane antigene.
karakteristike propusnosti.
Stanične membrane imaju selektivnu propusnost: polako prodiru kroz njih na različite načine:
Glukoza je glavni izvor energije.

Aminokiseline su gradivni blokovi koji čine sve proteine u tijelu.

Masne kiseline - strukturne, energetske i druge funkcije.

Glicerol – čini da tijelo zadržava vodu i smanjuje proizvodnju urina.

Joni su enzimi za reakcije.

Štoviše, same membrane u određenoj mjeri aktivno reguliraju ovaj proces - neke tvari prolaze, dok druge ne. Postoje četiri glavna mehanizma za ulazak supstanci u ćeliju ili njihovo uklanjanje iz ćelije van:
Mehanizmi pasivne propusnosti:
1) Difuzija.
Varijanta ovog mehanizma je olakšana difuzija, u kojoj određeni molekul pomaže tvari da prođe kroz membranu. Ovaj molekul može imati kanal koji omogućava prolaz samo jednoj vrsti tvari.
difuzija- proces međusobnog prodiranja molekula jedne supstance između molekula druge.
Osmoza– proces jednosmjerne difuzije kroz polupropusnu membranu molekula rastvarača prema višoj koncentraciji otopljene tvari.
Membrana koja okružuje normalnu krvnu ćeliju propusna je samo za molekule vode, kisik, neke od hranjivih tvari otopljenih u krvi i stanične otpadne produkte.
Aktivni mehanizmi propusnosti:
1) Aktivni transport.
aktivni transport– prijenos tvari iz područja niske koncentracije u područje visoke koncentracije.
Aktivni transport zahtijeva energiju, jer se kreće iz područja niske koncentracije u područje visoke koncentracije. Na membrani se nalaze posebni pumpni proteini koji aktivno pumpaju ione kalija (K+) u ćeliju i pumpaju ione natrijuma (Na+) iz nje, ATP služi kao energija.
ATP– univerzalni izvor energije za sve biohemijske procese. .(više kasnije)
2) Endocitoza.
Čestice koje iz nekog razloga nisu u stanju da prođu staničnu membranu, ali su neophodne ćeliji, mogu endocitozom prodreti kroz membranu.
Endocitoza– proces preuzimanja spoljašnjeg materijala u ćeliju.
Selektivna permeabilnost membrane tokom pasivnog transporta je zbog posebnih kanala - integralnih proteina. Oni prodiru kroz membranu kroz i kroz, formirajući neku vrstu prolaza. Elementi K, Na i Cl imaju svoje kanale. S obzirom na gradijent koncentracije, molekuli ovih elemenata kreću se i izlaze iz ćelije. Kada su iritirani, natrijum jonski kanali se otvaraju i dolazi do oštrog priliva natrijumovih jona u ćeliju. To dovodi do neravnoteže membranskog potencijala. Nakon toga se obnavlja membranski potencijal. Kalijumski kanali su uvek otvoreni, kroz koje joni kalijuma polako ulaze u ćeliju.
Struktura membrane
Propustljivost
aktivni transport
Osmoza
Endocitoza

9.5.1. Jedna od glavnih funkcija membrana je sudjelovanje u transportu tvari. Ovaj proces obezbjeđuju tri glavna mehanizma: jednostavna difuzija, olakšana difuzija i aktivni transport (slika 9.10). Zapamtite najvažnije karakteristike ovih mehanizama i primjere transportovanih supstanci u svakom pojedinom slučaju.

Slika 9.10. Mehanizmi transporta molekula kroz membranu

jednostavna difuzija- prijenos tvari kroz membranu bez sudjelovanja posebnih mehanizama. Transport se odvija duž gradijenta koncentracije bez potrošnje energije. Male biomolekule - H2O, CO2, O2, urea, hidrofobne niskomolekularne supstance transportuju se jednostavnom difuzijom. Brzina jednostavne difuzije je proporcionalna gradijentu koncentracije.

Olakšana difuzija- prijenos tvari kroz membranu pomoću proteinskih kanala ili posebnih proteina nosača. Izvodi se duž gradijenta koncentracije bez potrošnje energije. Monosaharidi, aminokiseline, nukleotidi, glicerol, neki joni se transportuju. Karakteristična je kinetika zasićenja - pri određenoj (zasićenju) koncentraciji prenesene tvari u prijenosu učestvuju svi molekuli nosači i brzina transporta dostiže graničnu vrijednost.

aktivni transport- također zahtijeva učešće specijalnih proteina nosača, ali prijenos se odvija protiv gradijenta koncentracije i stoga zahtijeva energiju. Uz pomoć ovog mehanizma, ioni Na+, K+, Ca2+, Mg2+ se transportuju kroz ćelijsku membranu, a protoni kroz membranu mitohondrija. Aktivni transport tvari karakterizira kinetika zasićenja.

9.5.2. Primer transportnog sistema koji vrši aktivni transport jona je Na+,K+ -adenozin trifosfataza (Na+,K+ -ATPaza ili Na+,K+ -pumpa). Ovaj protein se nalazi u debljini plazma membrane i sposoban je da katalizira reakciju hidrolize ATP-a. Energija oslobođena tokom hidrolize 1 molekula ATP-a koristi se za prijenos 3 Na+ jona iz ćelije u ekstracelularni prostor i 2 K+ jona u suprotnom smjeru (slika 9.11). Kao rezultat djelovanja Na + , K + -ATPaze, stvara se razlika u koncentraciji između citosola ćelije i ekstracelularne tekućine. Pošto je transport jona neekvivalentan, javlja se razlika u električnim potencijalima. Tako nastaje elektrohemijski potencijal, koji je zbir energije razlike električnih potencijala Δφ i energije razlike koncentracija supstanci ΔS na obe strane membrane.

Slika 9.11.Šema Na+, K+ -pumpe.

9.5.3. Prenos čestica i makromolekularnih jedinjenja kroz membrane

Uz transport organskih supstanci i jona koji obavljaju nosači, postoji vrlo poseban mehanizam u ćeliji dizajniran da apsorbuje i uklanja makromolekularne spojeve iz ćelije promjenom oblika biomembrane. Takav mehanizam se zove vezikularnog transporta.

Slika 9.12. Vrste vezikularnog transporta: 1 - endocitoza; 2 - egzocitoza.

Tokom prijenosa makromolekula dolazi do uzastopnog stvaranja i spajanja vezikula (vezikula) okruženih membranom. Prema smjeru transporta i prirodi prenesenih tvari razlikuju se sljedeće vrste vezikularnog transporta:

Endocitoza(Slika 9.12, 1) - prijenos tvari u ćeliju. Ovisno o veličini nastalih vezikula, razlikuju se:

a) pinocitoza - apsorpcija tečnih i rastvorenih makromolekula (proteina, polisaharida, nukleinskih kiselina) pomoću malih mehurića (150 nm u prečniku);

b) fagocitoza — apsorpcija velikih čestica, kao što su mikroorganizmi ili ostaci ćelija. U tom slučaju nastaju velike vezikule, zvane fagosomi, promjera većeg od 250 nm.

Pinocitoza je karakteristična za većinu eukariotskih ćelija, dok velike čestice apsorbuju specijalizovane ćelije - leukociti i makrofagi. U prvoj fazi endocitoze, tvari ili čestice se adsorbiraju na površini membrane; ovaj proces se odvija bez potrošnje energije. U sljedećoj fazi, membrana sa adsorbiranom tvari produbljuje se u citoplazmu; rezultirajuće lokalne invaginacije plazma membrane su vezane sa površine ćelije, formirajući vezikule, koje zatim migriraju u ćeliju. Ovaj proces je povezan sistemom mikrofilamenata i energetski je ovisan. Vezikule i fagozomi koji ulaze u ćeliju mogu se spojiti s lizosomima. Enzimi sadržani u lizosomima razgrađuju tvari sadržane u vezikulama i fagosomima do proizvoda niske molekularne težine (aminokiseline, monosaharidi, nukleotidi), koji se transportuju u citosol, gdje ih može koristiti stanica.

Egzocitoza(Slika 9.12, 2) - prijenos čestica i velikih spojeva iz ćelije. Ovaj proces, kao i endocitoza, nastavlja se sa apsorpcijom energije. Glavne vrste egzocitoze su:

a) sekrecija - uklanjanje iz ćelije jedinjenja rastvorljivih u vodi koja se koriste ili utiču na druge ćelije tela. Mogu ga provoditi i nespecijalizirane stanice i stanice endokrinih žlijezda, sluznice gastrointestinalnog trakta, prilagođene za lučenje tvari koje proizvode (hormoni, neurotransmiteri, proenzimi), ovisno o specifičnim potrebama organizma. .

Izlučeni proteini se sintetiziraju na ribosomima povezanim s membranama grubog endoplazmatskog retikuluma. Ovi proteini se zatim transportuju do Golgijevog aparata, gdje se modificiraju, koncentrišu, sortiraju i zatim pakuju u vezikule, koje se cijepaju u citosol i potom spajaju sa plazma membranom tako da je sadržaj vezikula izvan ćelije.

Za razliku od makromolekula, male izlučene čestice, kao što su protoni, transportuju se iz ćelije koristeći olakšanu difuziju i mehanizme aktivnog transporta.

b) izlučivanje - uklanjanje iz ćelije supstanci koje se ne mogu koristiti (na primer, uklanjanje retikularne supstance iz retikulocita tokom eritropoeze, koja je agregirani ostatak organela). Mehanizam izlučivanja se, očigledno, sastoji u činjenici da se izlučene čestice u početku nalaze u citoplazmatskom vezikulu, koji se zatim spaja sa plazma membranom.

Nikome nije tajna da su sva živa bića na našoj planeti sastavljena od svojih ćelija, ovih bezbrojnih "" organskih materija. Ćelije su pak okružene posebnom zaštitnom membranom – membranom koja igra veoma važnu ulogu u životu ćelije, a funkcije ćelijske membrane nisu ograničene samo na zaštitu ćelije, već predstavljaju najsloženiji mehanizam koji je uključen. u ćelijskoj reprodukciji, ishrani i regeneraciji.

Šta je ćelijska membrana

Sama riječ “membrana” s latinskog je prevedena kao “film”, iako membrana nije samo vrsta filma u koji je umotana ćelija, već kombinacija dva filma koja su međusobno povezana i imaju različita svojstva. U stvari, ćelijska membrana je troslojna lipoproteinska (masno-proteinska) ljuska koja odvaja svaku ćeliju od susjednih ćelija i okoline, i vrši kontroliranu razmjenu između stanica i okoline, ovo je akademska definicija onoga što je stanica membrana je.

Vrijednost membrane je jednostavno ogromna, jer ne samo da odvaja jednu ćeliju od druge, već i osigurava interakciju ćelije, kako sa drugim ćelijama, tako i sa okolinom.

Istorija istraživanja ćelijskih membrana

Važan doprinos proučavanju ćelijske membrane dala su dva njemačka naučnika Gorter i Grendel još 1925. godine. Tada su uspjeli provesti složen biološki eksperiment na crvenim krvnim zrncima - eritrocitima, tokom kojeg su naučnici dobili takozvane "sjene", prazne ljuske eritrocita, koje su presavijene u jednu gomilu i izmjerile površinu, a također i izračunali količinu lipida u njima. Na osnovu dobijene količine lipida, naučnici su došli do zaključka da su oni dovoljni za dvostruki sloj ćelijske membrane.

Godine 1935. drugi par istraživača ćelijskih membrana, ovaj put Amerikanci Daniel i Dawson, nakon niza dugih eksperimenata, odredili su sadržaj proteina u ćelijskoj membrani. Inače, bilo je nemoguće objasniti zašto membrana ima tako visoku površinsku napetost. Naučnici su pametno predstavili model stanične membrane u obliku sendviča, u kojem ulogu kruha imaju homogeni lipidno-proteinski slojevi, a između njih umjesto putera je praznina.

Godine 1950., s pojavom elektronske teorije Daniela i Dawsona, već je bilo moguće potvrditi praktična zapažanja - na mikrosnimcima ćelijske membrane jasno su se vidjeli slojevi lipidnih i proteinskih glava, kao i prazan prostor između njih.

Američki biolog J. Robertson je 1960. godine razvio teoriju o troslojnoj strukturi ćelijskih membrana, koja se dugo vremena smatrala jedinom istinitom, ali su se daljim razvojem nauke počele javljati sumnje u njenu nepogrešivost. Tako bi, na primjer, sa stanovišta stanica, bilo bi teško i naporno transportirati potrebne korisne tvari kroz cijeli "sendvič"

I tek 1972. godine američki biolozi S. Singer i G. Nicholson uspjeli su da objasne nedosljednosti Robertsonove teorije uz pomoć novog fluidno-mozaičnog modela ćelijske membrane. Konkretno, otkrili su da stanična membrana nije homogena po sastavu, štoviše, asimetrična je i ispunjena tekućinom. Osim toga, ćelije su u stalnom pokretu. I ozloglašeni proteini koji čine staničnu membranu imaju različite strukture i funkcije.

Svojstva i funkcije stanične membrane

Pogledajmo sada koje funkcije obavlja ćelijska membrana:

Barijerna funkcija ćelijske membrane - membrana, kao pravi graničar, čuva granice ćelije, odgađajući, ne propuštajući štetne ili jednostavno neodgovarajuće molekule

Transportna funkcija ćelijske membrane - membrana nije samo granična straža na vratima ćelije, već i svojevrsni carinski punkt, kroz koji neprestano prolazi razmjena korisnih tvari sa drugim stanicama i okolinom.

Funkcija matriksa - to je stanična membrana koja određuje lokaciju u odnosu jedna na drugu, regulira interakciju između njih.

Mehanička funkcija - odgovorna je za ograničavanje jedne ćelije od druge i paralelno za ispravnu povezanost stanica jedna s drugom, za njihovo formiranje u homogeno tkivo.

Zaštitna funkcija ćelijske membrane je osnova za izgradnju zaštitnog štita ćelije. U prirodi, ova funkcija može biti ilustracija tvrdog drveta, guste kore, zaštitne ljuske, a sve zbog zaštitne funkcije membrane.

Enzimska funkcija je još jedna važna funkcija koju obavljaju neki ćelijski proteini. Na primjer, zbog ove funkcije dolazi do sinteze probavnih enzima u crijevnom epitelu.

Takođe, pored svega toga, ćelijski metabolizam se odvija kroz ćelijsku membranu, koji se može odvijati u tri različite reakcije:

Fagocitoza je ćelijska izmjena u kojoj fagocitne stanice ugrađene u membranu hvataju i probavljaju različite hranjive tvari.
Pinocitoza - je proces hvatanja ćelijskom membranom molekula tečnosti u kontaktu sa njom. Da bi se to postiglo, na površini membrane se formiraju posebne vitice koje kao da okružuju kap tečnosti, formirajući mjehur, koji membrana naknadno "proguta".
Egzocitoza - je obrnuti proces, kada ćelija oslobađa sekretornu funkcionalnu tečnost kroz membranu na površinu.

Struktura ćelijske membrane

Postoje tri klase lipida u ćelijskoj membrani:

fosfolipidi (oni su kombinacija masti i fosfora),
glikolipidi (kombinacija masti i ugljikohidrata),
holesterol.

Fosfolipidi i glikolipidi se pak sastoje od hidrofilne glave u koju se protežu dva duga hidrofobna repa. Holesterol, s druge strane, zauzima prostor između ovih repova, sprečavajući ih da se savijaju, a sve to u nekim slučajevima čini membranu pojedinih ćelija vrlo krutom. Uz sve to, molekule holesterola regulišu strukturu ćelijske membrane.

Ali kako god bilo, najvažniji dio strukture stanične membrane su proteini, odnosno različiti proteini koji igraju različite važne uloge. Unatoč raznolikosti proteina sadržanih u membrani, postoji nešto što ih ujedinjuje - prstenasti lipidi nalaze se oko svih proteina membrane. Prstenasti lipidi su posebno strukturirane masti koje služe kao svojevrsna zaštitna ljuska za proteine, bez kojih oni jednostavno ne bi funkcionirali.

Struktura ćelijske membrane ima tri sloja: osnova ćelijske membrane je homogeni tečni lipidni sloj. Proteini ga prekrivaju s obje strane poput mozaika. Upravo proteini, pored gore opisanih funkcija, igraju i ulogu posebnih kanala kroz koje prolaze tvari kroz membranu koje ne mogu prodrijeti u tekući sloj membrane. To uključuje, na primjer, ione kalija i natrija; za njihov prodor kroz membranu, priroda daje posebne ionske kanale staničnih membrana. Drugim riječima, proteini osiguravaju propusnost ćelijskih membrana.

Ako staničnu membranu pogledamo kroz mikroskop, vidjet ćemo sloj lipida formiran od malih sfernih molekula na kojima proteini plutaju kao na moru. Sada znate koje su tvari dio ćelijske membrane.

Ćelijska membrana, video

I za kraj, edukativni video o ćelijskoj membrani.