Millised ained moodustavad rakumembraanide aluse. Rakumembraani peamised funktsioonid ja struktuursed omadused

piiritlev ( barjäär) - eraldada raku sisu väliskeskkonnast;

Reguleerida raku ja keskkonna vahelist vahetust;

Jagage rakud sektsioonideks või sektsioonideks, mis on ette nähtud teatud spetsiifiliste metaboolsete radade jaoks ( jagamine);

See on teatud keemiliste reaktsioonide koht (fotosünteesi kerged reaktsioonid kloroplastides, oksüdatiivne fosforüülimine hingamise ajal mitokondrites);

Pakkuda sidet mitmerakuliste organismide kudedes olevate rakkude vahel;

Transport- teostab transmembraanset transporti.

Retseptor- on väliseid stiimuleid ära tundvate retseptorite lokaliseerimise koht.

Ainete transport läbi membraani on membraani üks juhtivaid funktsioone, mis tagab ainete vahetuse raku ja väliskeskkonna vahel. Sõltuvalt ainete ülekande energiakuludest on:

passiivne transport või hõlbustatud difusioon;

aktiivne (selektiivne) transport ATP ja ensüümide osalusel.

transport membraanpakendis. On olemas endotsütoos (rakku sisse) ja eksotsütoos (rakust välja) – mehhanismid, mis transpordivad suuri osakesi ja makromolekule läbi membraani. Endotsütoosi ajal moodustab plasmamembraan invaginatsiooni, selle servad ühinevad ja tsütoplasmasse kinnitub vesiikul. Vesiikul on tsütoplasmast piiratud ühe membraaniga, mis on osa välimisest tsütoplasmaatilisest membraanist. Eristage fagotsütoosi ja pinotsütoosi. Fagotsütoos on suurte, pigem tahkete osakeste imendumine. Näiteks lümfotsüütide, algloomade jt fagotsütoos. Pinotsütoos on vedelikupiiskade püüdmine ja neelamine selles lahustunud ainetega.

Eksotsütoos on erinevate ainete eemaldamise protsess rakust. Eksotsütoosi käigus ühineb vesiikuli ehk vakuooli membraan välise tsütoplasmaatilise membraaniga. Vesiikuli sisu eemaldatakse rakupinnalt ja membraan lisatakse välimisse tsütoplasmamembraani.

Keskmiselt passiivne laenguta molekulide transport on vesiniku ja laengute kontsentratsioonide vahe, s.o. elektrokeemiline gradient. Ained liiguvad kõrgema gradiendiga alalt madalama gradiendiga alale. Transpordikiirus sõltub gradiendi erinevusest.

Lihtdifusioon on ainete transport otse läbi lipiidide kaksikkihi. Gaasidele iseloomulikud, mittepolaarsed või väikesed laenguta polaarsed molekulid, lahustuvad rasvades. Vesi tungib kiiresti läbi kaksikkihi, sest. selle molekul on väike ja elektriliselt neutraalne. Vee difusiooni läbi membraanide nimetatakse osmoosiks.

Difusioon läbi membraanikanalite on laetud molekulide ja ioonide (Na, K, Ca, Cl) transport, mis tungivad läbi membraani, kuna selles on spetsiaalsed kanaleid moodustavad valgud, mis moodustavad veepoore.

Hõlbustatud difusioon on ainete transport spetsiaalsete transportvalkude abil. Iga valk vastutab rangelt määratletud molekuli või seotud molekulide rühma eest, suhtleb sellega ja liigub läbi membraani. Näiteks suhkrud, aminohapped, nukleotiidid ja muud polaarsed molekulid.

aktiivne transport teostavad valgud - kandjad (ATPaas) elektrokeemilise gradiendi vastu energiakuluga. Selle allikaks on ATP molekulid. Näiteks naatrium-kaaliumpump.

Kaaliumi kontsentratsioon rakus on palju suurem kui väljaspool seda ja naatriumi kontsentratsioon vastupidi. Seetõttu difundeeruvad kaalium- ja naatriumkatioonid passiivselt mööda kontsentratsioonigradienti läbi membraani veepooride. See on tingitud asjaolust, et membraani läbilaskvus kaaliumiioonide jaoks on suurem kui naatriumioonide puhul. Sellest lähtuvalt difundeerub kaalium rakust kiiremini kui naatrium rakku. Raku normaalseks toimimiseks on aga vajalik teatud suhe 3 kaaliumi- ja 2 naatriumiooni. Seetõttu on membraanis naatrium-kaaliumpump, mis pumpab aktiivselt naatriumi rakust välja ja kaaliumi rakku. See pump on transmembraanne membraanivalk, mis on võimeline konformatsioonilisi ümberkorraldusi tegema. Seetõttu võib see enda külge kinnituda nii kaaliumiioone kui ka naatriumiioone (antiport). Protsess on energiamahukas:

Naatriumioonid ja ATP molekul sisenevad pumbavalgusse membraani seest ning kaaliumiioonid väljastpoolt.

Naatriumioonid ühinevad valgu molekuliga ja valk omandab ATPaasi aktiivsuse, st. võime põhjustada ATP hüdrolüüsi, millega kaasneb pumpa käitava energia vabanemine.

ATP hüdrolüüsi käigus vabanev fosfaat kinnitub valgu külge, s.o. fosforüülib valku.

Fosforüülimine põhjustab valgu konformatsioonilise muutuse, see ei suuda säilitada naatriumioone. Nad vabastatakse ja lähevad rakust välja.

Valgu uus konformatsioon soodustab sellele kaaliumiioonide lisandumist.

Kaaliumiioonide lisamine põhjustab valgu defosforüülimist. Ta muudab jälle oma kehaehitust.

Valgu konformatsiooni muutus viib kaaliumiioonide vabanemiseni rakus.

Valk on taas valmis naatriumioone enda külge kinnitama.

Ühe töötsükli jooksul pumpab pump rakust välja 3 naatriumiooni ja 2 kaaliumiiooni.

Tsütoplasma- raku kohustuslik komponent, mis on suletud raku pinnaaparaadi ja tuuma vahele. See on kompleksne heterogeenne struktuurikompleks, mis koosneb:

hüaloplasma

organellid (tsütoplasma püsivad komponendid)

kandmised - tsütoplasma ajutised komponendid.

tsütoplasmaatiline maatriks(hüaloplasma) on raku sisemine sisu – värvitu, paks ja läbipaistev kolloidne lahus. Tsütoplasmaatilise maatriksi komponendid viivad rakus läbi biosünteesi protsesse, sisaldavad peamiselt anaeroobse glükolüüsi tõttu energia tekkeks vajalikke ensüüme.

Tsütoplasmaatilise maatriksi põhiomadused.

Määrab raku kolloidsed omadused. Koos vakuolaarsüsteemi rakusiseste membraanidega võib seda pidada väga heterogeenseks või mitmefaasiliseks kolloidsüsteemiks.

Tagab tsütoplasma viskoossuse muutuse, ülemineku geelilt (paksemalt) soolile (vedelam), mis toimub väliste ja sisemiste tegurite mõjul.

Tagab tsüklosi, amööbide liikumise, rakkude jagunemise ja pigmendi liikumise kromatofoorides.

Määrab intratsellulaarsete komponentide asukoha polaarsuse.

Tagab rakkude mehaanilised omadused – elastsuse, ühinemisvõime, jäikuse.

Organellid- püsivad rakustruktuurid, mis tagavad raku poolt spetsiifiliste funktsioonide täitmise. Sõltuvalt struktuuri omadustest on olemas:

membraansed organellid - omavad membraanistruktuuri. Need võivad olla ühemembraanilised (ER, Golgi aparaat, lüsosoomid, taimerakkude vakuoolid). Topeltmembraan (mitokondrid, plastiidid, tuum).

Mittemembraansed organellid - ei oma membraanistruktuuri (kromosoomid, ribosoomid, rakukeskus, tsütoskelett).

Üldotstarbelised organellid – omased kõikidele rakkudele: tuum, mitokondrid, rakukeskus, Golgi aparaat, ribosoomid, ER, lüsosoomid. Kui organellid on teatud tüüpi rakkudele iseloomulikud, nimetatakse neid spetsiaalseteks organellideks (näiteks müofibrillid, mis tõmbavad lihaskiudu kokku).

Endoplasmaatiline retikulum- ühtne pidev struktuur, mille membraan moodustab palju invaginatsioone ja volte, mis näevad välja tuubulite, mikrovakuoolide ja suurte tsisternidena. EPS membraanid on ühelt poolt seotud raku tsütoplasmaatilise membraaniga ja teiselt poolt tuumamembraani väliskestaga.

EPS-i on kahte tüüpi – kare ja sile.

Karedas või granuleeritud ER-s on tsisternid ja torukesed seotud ribosoomidega. on membraani välimine pool Siledas või agranulaarses EPS-is puudub seos ribosoomidega. See on membraani sisemus.

Rakumembraan (plasmamembraan) on õhuke poolläbilaskev membraan, mis ümbritseb rakke.

Rakumembraani funktsioon ja roll

Selle ülesanne on kaitsta sisemuse terviklikkust, lastes mõned olulised ained rakku ja takistades teiste sisenemist.

See toimib ka mõne organismi ja teiste organismide külge kinnitumise aluseks. Seega annab plasmamembraan ka raku kuju. Teine membraani ülesanne on reguleerida rakkude kasvu tasakaalu ja.

Endotsütoosi korral eemaldatakse lipiidid ja valgud rakumembraanist ainete imendumisel. Eksotsütoosi korral sulanduvad lipiide ja valke sisaldavad vesiikulid rakumembraaniga, suurendades raku suurust. ja seenerakkudel on plasmamembraanid. Näiteks sisemised on samuti ümbritsetud kaitsemembraanidega.

Rakumembraani struktuur

Plasmamembraan koosneb peamiselt valkude ja lipiidide segust. Sõltuvalt membraani asukohast ja rollist kehas võivad lipiidid moodustada membraanist 20–80 protsenti, ülejäänud on valgud. Kui lipiidid aitavad muuta membraani paindlikuks, siis valgud kontrollivad ja säilitavad raku keemiat ning aitavad molekule läbi membraani transportida.

Membraani lipiidid

Fosfolipiidid on plasmamembraanide põhikomponendid. Need moodustavad lipiidide kaksikkihi, milles hüdrofiilsed (vett tõmbuvad) "pea" piirkonnad organiseeruvad spontaanselt, et seista vastu tsütosooli vesilahusele ja ekstratsellulaarsele vedelikule, samas kui hüdrofoobsed (vett tõrjuvad) "saba" piirkonnad on suunatud tsütosoolist ja rakuvälisest vedelikust eemale. Lipiidide kaksikkiht on poolläbilaskev, võimaldades ainult mõnel molekulil läbi membraani difundeeruda.

Kolesterool on veel üks loomarakkude membraanide lipiidkomponent. Kolesterooli molekulid on selektiivselt dispergeeritud membraani fosfolipiidide vahel. See aitab hoida rakumembraane jäigana, vältides fosfolipiidide liiga tihedat pakkimist. Taime rakumembraanides kolesterool puudub.

Glükolipiidid asuvad rakumembraanide välispinnal ja on nendega ühendatud süsivesikute ahela kaudu. Need aitavad rakul teisi keharakke ära tunda.

Membraanvalgud

Rakumembraan sisaldab kahte tüüpi seotud valke. Perifeerse membraani valgud on välised ja sellega seotud teiste valkudega interaktsiooni kaudu. Integraalsed membraanivalgud viiakse membraani ja enamik neist läbib seda. Nende transmembraansete valkude osad asuvad selle mõlemal küljel.

Plasmamembraani valkudel on mitmeid erinevaid funktsioone. Struktuurvalgud pakuvad rakkudele tuge ja kuju. Membraani retseptorvalgud aitavad rakkudel suhelda oma väliskeskkonnaga hormoonide, neurotransmitterite ja muude signaalmolekulide kasutamise kaudu. Transpordivalgud, nagu globulaarsed valgud, kannavad hõlbustatud difusiooni teel molekule läbi rakumembraanide. Glükoproteiinide külge on kinnitatud süsivesikute ahel. Need on põimitud rakumembraani, aidates kaasa molekulide vahetusele ja transportimisele.

Organellide membraanid

Mõned rakuorganellid on samuti ümbritsetud kaitsemembraanidega. tuum,

plasmamembraan , või plasmalemma,- kõige püsivam, põhiline, universaalne membraan kõikide rakkude jaoks. See on kõige õhem (umbes 10 nm) kogu rakku kattev kile. Plasmalemma koosneb valkude ja fosfolipiidide molekulidest (joonis 1.6).

Fosfolipiidmolekulid on paigutatud kahte ritta – hüdrofoobsete otstega sissepoole, hüdrofiilsete peadega sisemise ja välise veekeskkonna suunas. Mõnes kohas on fosfolipiidide kahekihiline (kaksikkiht) läbi imbunud valgumolekulidega (integraalsed valgud). Selliste valgu molekulide sees on kanalid - poorid, mille kaudu vees lahustuvad ained läbivad. Teised valgumolekulid imbuvad lipiidide kaksikkihti ühelt või teiselt poolt (poolintegraalsed valgud). Eukarüootsete rakkude membraanide pinnal on perifeersed valgud. Lipiidide ja valgu molekule hoiavad koos hüdrofiilsed-hüdrofoobsed interaktsioonid.

Membraanide omadused ja funktsioonid. Kõik rakumembraanid on liikuvad vedelad struktuurid, kuna lipiidide ja valkude molekulid ei ole kovalentsete sidemetega seotud ning on võimelised membraani tasapinnal üsna kiiresti liikuma. Tänu sellele võivad membraanid muuta oma konfiguratsiooni, st neil on voolavus.

Membraanid on väga dünaamilised struktuurid. Nad taastuvad kiiresti kahjustustest, samuti venivad ja tõmbuvad raku liikumisega kokku.

Erinevate rakutüüpide membraanid erinevad oluliselt nii keemilise koostise kui ka neis sisalduvate valkude, glükoproteiinide ja lipiidide suhtelise sisalduse ning sellest tulenevalt ka neis esinevate retseptorite olemuse poolest. Seetõttu iseloomustab iga rakutüüpi individuaalsus, mis määratakse peamiselt glükoproteiinid. Osalevad rakumembraanist väljaulatuvad hargnenud ahelaga glükoproteiinid teguri äratundmine väliskeskkonnas, samuti seotud rakkude vastastikuses tunnustamises. Näiteks tunnevad munarakk ja seemnerakk teineteist ära rakupinna glükoproteiinide järgi, mis sobivad kokku terve struktuuri eraldi elementidena. Selline vastastikune tunnustamine on viljastamisele eelnev vajalik etapp.

Sarnast nähtust täheldatakse kudede diferentseerumise protsessis. Sel juhul orienteeruvad plasmalemma lõikude äratundmise abil struktuurilt sarnased rakud üksteise suhtes õigesti, tagades seeläbi nende adhesiooni ja koe moodustumise. Seotud äratundmisega transpordi reguleerimine molekulid ja ioonid läbi membraani, samuti immunoloogiline reaktsioon, milles glükoproteiinid mängivad antigeenide rolli. Seega võivad suhkrud toimida infomolekulidena (sarnaselt valkudele ja nukleiinhapetele). Membraanid sisaldavad ka spetsiifilisi retseptoreid, elektronide kandjaid, energiamuundureid, ensümaatilisi valke. Valgud on seotud teatud molekulide transportimise tagamisega rakku või sealt välja, teostavad tsütoskeleti struktuurset ühendust rakumembraanidega või toimivad retseptoritena keskkonnast tulevate keemiliste signaalide vastuvõtmiseks ja muundamiseks.

Membraani kõige olulisem omadus on ka selektiivne läbilaskvus. See tähendab, et molekulid ja ioonid läbivad seda erineva kiirusega ning mida suuremad on molekulid, seda aeglasem on nende läbimine membraanist. See omadus määratleb plasmamembraani kui osmootne barjäär. Vesi ja selles lahustunud gaasid on maksimaalse läbitungimisvõimega; ioonid läbivad membraani palju aeglasemalt. Vee difusiooni läbi membraani nimetatakse osmoos.

Ainete transportimiseks läbi membraani on mitu mehhanismi.

Difusioon- ainete tungimine läbi membraani piki kontsentratsioonigradienti (alast, kus nende kontsentratsioon on suurem, piirkonda, kus nende kontsentratsioon on madalam). Ainete (vesi, ioonid) difuusne transport toimub molekulaarsete pooridega membraanivalkude osalusel või lipiidfaasi osalusel (rasvlahustuvate ainete puhul).

Hõlbustatud difusiooniga spetsiaalsed membraanikandjavalgud seonduvad valikuliselt ühe või teise iooni või molekuliga ja kannavad neid kontsentratsioonigradienti mööda üle membraani.

aktiivne transport on seotud energiakuludega ja aitab transportida aineid nende kontsentratsioonigradienti vastu. Ta viivad läbi spetsiaalsed kandevalgud, mis moodustavad nn ioonpumbad. Enim uuritud on Na - / K - pump loomarakkudes, mis pumpab aktiivselt välja Na + ioone, samas neelab K - ioone. Tänu sellele säilib rakus suur K - kontsentratsioon ja keskkonnaga võrreldes madalam Na +. See protsess kulutab ATP energiat.

Membraanpumba abil toimuva aktiivse transpordi tulemusena reguleeritakse rakus ka Mg 2- ja Ca 2+ kontsentratsiooni.

Ioonide aktiivse transpordi käigus rakku tungivad läbi tsütoplasmaatilise membraani erinevad suhkrud, nukleotiidid ja aminohapped.

Valkude makromolekulid, nukleiinhapped, polüsahhariidid, lipoproteiinikompleksid jne ei läbi erinevalt ioonidest ja monomeeridest rakumembraane. Makromolekulide, nende komplekside ja osakeste transport rakku toimub hoopis teistmoodi – läbi endotsütoosi. Kell endotsütoos (endo...- sees) teatud osa plasmalemmast haarab kinni ja justkui ümbritseb rakuvälist materjali, sulgedes selle membraani sissetungimise tagajärjel tekkinud membraani vakuooli. Seejärel ühendatakse selline vakuool lüsosoomiga, mille ensüümid lagundavad makromolekulid monomeerideks.

Endotsütoosi pöördprotsess on eksotsütoos (ekso...- väljas). Tänu temale eemaldab rakk rakusisesed tooted või seedimata jääkained, mis on suletud vakuoolidesse või pu-

mullid. Vesiikul läheneb tsütoplasmaatilisele membraanile, ühineb sellega ja selle sisu satub keskkonda. Kuidas erituvad seedeensüümid, hormoonid, hemitselluloos jne.

Seega ei toimi bioloogilised membraanid kui raku peamised struktuurielemendid mitte ainult füüsiliste piiridena, vaid dünaamiliste funktsionaalsete pindadena. Organellide membraanidel viiakse läbi arvukalt biokeemilisi protsesse, nagu ainete aktiivne imendumine, energia muundamine, ATP süntees jne.

Bioloogiliste membraanide funktsioonid järgnev:

Need piiritlevad raku sisu väliskeskkonnast ja organellide sisu tsütoplasmast.

Need võimaldavad ainete transporti rakku ja sealt välja, tsütoplasmast organellidesse ja vastupidi.

Nad täidavad retseptorite rolli (keskkonnast signaalide vastuvõtmine ja teisendamine, rakuainete äratundmine jne).

Need on katalüsaatorid (pakkudes membraanikeemilisi protsesse).

Osaleda energia muundamises.

rakumembraan

Rakumembraani pilt. Väikesed sinised ja valged pallid vastavad fosfolipiidide hüdrofoobsetele "peadele" ja nende külge kinnitatud jooned vastavad hüdrofiilsetele "sabadele". Joonisel on kujutatud ainult integraalsed membraanivalgud (punased gloobulid ja kollased spiraalid). Kollased ovaalsed täpid membraani sees - kolesterooli molekulid Kollakasrohelised helmeste ahelad membraani välisküljel - oligosahhariidahelad, mis moodustavad glükokalüksi

Bioloogiline membraan sisaldab ka erinevaid valke: integraalsed (läbi membraani tungivad), poolintegraalsed (ühest otsast sukeldatud välimisse või sisemisse lipiidikihti), pindmine (asub membraani välimisel või sisemiste külgede kõrval). Mõned valgud on rakumembraani kokkupuutepunktid tsütoskeletiga rakus ja rakuseinaga (kui see on olemas) väljaspool. Mõned integreeritud valgud toimivad ioonkanalite, erinevate transporterite ja retseptoritena.

Funktsioonid

barjäär – tagab reguleeritud, selektiivse, passiivse ja aktiivse ainevahetuse keskkonnaga. Näiteks kaitseb peroksisoomi membraan tsütoplasmat rakule ohtlike peroksiidide eest. Selektiivne läbilaskvus tähendab, et membraani läbilaskvus erinevatele aatomitele või molekulidele sõltub nende suurusest, elektrilaengust ja keemilistest omadustest. Valikuline läbilaskvus tagab raku ja raku sektsioonide eraldamise keskkonnast ning varustamise vajalike ainetega.
transport – läbi membraani toimub ainete transport rakku ja rakust välja. Transport läbi membraanide tagab: toitainete kohaletoimetamise, ainevahetuse lõpp-produktide eemaldamise, erinevate ainete eritumise, ioongradientide loomise, funktsioneerimiseks vajalike ioonide optimaalse ja kontsentratsiooni säilitamise rakus. raku ensüümidest.
Osakesed, mis mingil põhjusel ei suuda fosfolipiidide kaksikkihti läbida (näiteks hüdrofiilsete omaduste tõttu, kuna sees olev membraan on hüdrofoobne ja ei lase hüdrofiilsetel ainetel läbi minna, või nende suure suuruse tõttu), kuid mis on rakule vajalikud , võivad tungida membraanist läbi spetsiaalsete kandevalkude (transporterite) ja kanalvalkude või endotsütoosi teel.
Passiivse transpordi korral läbivad ained difusiooni teel lipiidide kaksikkihti energiakuluta mööda kontsentratsioonigradienti. Selle mehhanismi variant on hõlbustatud difusioon, mille puhul konkreetne molekul aitab ainel membraani läbida. Sellel molekulil võib olla kanal, mis laseb läbi ainult ühte tüüpi ainet.
Aktiivne transport nõuab energiat, kuna see toimub kontsentratsioonigradiendi taustal. Membraanil on spetsiaalsed pumbavalgud, sealhulgas ATPaas, mis pumpab aktiivselt kaaliumiioone (K +) rakku ja pumpab sealt välja naatriumioone (Na +).
maatriks - tagab membraanivalkude teatud suhtelise asukoha ja orientatsiooni, nende optimaalse interaktsiooni.
mehaaniline - tagab raku autonoomia, selle rakusisesed struktuurid, aga ka ühenduse teiste rakkudega (kudedes). Rakuseintel on oluline roll mehaanilise funktsiooni tagamisel ja loomadel - rakkudevahelisel ainel.
energia - fotosünteesi käigus kloroplastides ja rakuhingamise käigus mitokondrites toimivad nende membraanides energiaülekandesüsteemid, milles osalevad ka valgud;
retseptor – mõned membraanis asuvad valgud on retseptorid (molekulid, millega rakk teatud signaale tajub).
Näiteks veres ringlevad hormoonid toimivad ainult sihtrakkudele, millel on nendele hormoonidele vastavad retseptorid. Neurotransmitterid (kemikaalid, mis juhivad närviimpulsse) seonduvad ka sihtrakkude spetsiifiliste retseptorvalkudega.
ensümaatilised – membraanivalgud on sageli ensüümid. Näiteks sooleepiteelirakkude plasmamembraanid sisaldavad seedeensüüme.
biopotentsiaalide genereerimise ja juhtimise rakendamine.
Membraani abil hoitakse rakus konstantset ioonide kontsentratsiooni: K + iooni kontsentratsioon rakus on palju suurem kui väljaspool ja Na + kontsentratsioon palju madalam, mis on väga oluline, kuna see säilitab potentsiaalide erinevuse üle membraani ja tekitab närviimpulsi.
raku markeering - membraanil on antigeenid, mis toimivad markeritena - "märgised", mis võimaldavad rakku identifitseerida. Need on glükoproteiinid (st valgud, mille külge on kinnitatud hargnenud oligosahhariidide kõrvalahelad), mis täidavad "antennide" rolli. Arvukate külgahelate konfiguratsioonide tõttu on võimalik iga rakutüübi jaoks teha spetsiifiline marker. Markerite abil suudavad rakud teisi rakke ära tunda ja nendega koos tegutseda, näiteks moodustades elundeid ja kudesid. Samuti võimaldab see immuunsüsteemil võõraid antigeene ära tunda.

Biomembraanide ehitus ja koostis

Membraanid koosnevad kolmest lipiidide klassist: fosfolipiidid, glükolipiidid ja kolesterool. Fosfolipiidid ja glükolipiidid (lipiidid, mille külge on kinnitatud süsivesikud) koosnevad kahest pikast hüdrofoobsest süsivesiniku "sabast", mis on seotud laetud hüdrofiilse "peaga". Kolesterool jäigastab membraani, hõivates vaba ruumi hüdrofoobsete lipiidisabade vahel ja takistades nende paindumist. Seetõttu on madala kolesteroolisisaldusega membraanid paindlikumad, kõrge kolesteroolisisaldusega membraanid aga jäigemad ja rabedamad. Kolesterool toimib ka "sulgurina", mis takistab polaarsete molekulide liikumist rakust ja rakku. Membraani olulise osa moodustavad valgud, mis tungivad sellesse ja vastutavad membraanide erinevate omaduste eest. Nende koostis ja orientatsioon erinevates membraanides on erinev.

Rakumembraanid on sageli asümmeetrilised, see tähendab, et kihid erinevad lipiidide koostiselt, üksiku molekuli üleminekul ühelt kihilt teisele (nn. plätu) on keeruline.

Membraani organellid

Need on suletud üksikud või omavahel ühendatud tsütoplasma osad, mis on hüaloplasmast eraldatud membraanidega. Ühemembraaniliste organellide hulka kuuluvad endoplasmaatiline retikulum, Golgi aparaat, lüsosoomid, vakuoolid, peroksisoomid; kahemembraaniliseks - tuum, mitokondrid, plastiidid. Erinevate organellide membraanide struktuur erineb lipiidide ja membraanivalkude koostise poolest.

Valikuline läbilaskvus

Rakumembraanidel on selektiivne läbilaskvus: nende kaudu difundeeruvad aeglaselt glükoos, aminohapped, rasvhapped, glütserool ja ioonid ning membraanid ise reguleerivad seda protsessi teatud määral aktiivselt – osad ained läbivad, teised aga mitte. Ainete rakku sisenemiseks või nende rakust väljapoole viimiseks on neli peamist mehhanismi: difusioon, osmoos, aktiivne transport ja ekso- või endotsütoos. Esimesed kaks protsessi on oma olemuselt passiivsed, st nad ei vaja energiat; viimased kaks on aktiivsed protsessid, mis on seotud energiatarbimisega.

Membraani selektiivne läbilaskvus passiivse transpordi ajal on tingitud spetsiaalsetest kanalitest - integraalsetest valkudest. Nad tungivad läbi ja läbi membraani, moodustades omamoodi läbipääsu. Elementidel K, Na ja Cl on oma kanalid. Kontsentratsioonigradiendi suhtes liiguvad nende elementide molekulid rakku sisse ja välja. Ärrituse korral avanevad naatriumioonikanalid ja naatriumiioonide sissevool rakku toimub järsult. Selle tulemuseks on membraanipotentsiaali tasakaalustamatus. Pärast seda taastatakse membraani potentsiaal. Kaaliumikanalid on alati avatud, nende kaudu sisenevad kaaliumiioonid aeglaselt rakku.

Vaata ka

Kirjandus

Antonov V. F., Smirnova E. N., Ševtšenko E. V. Lipiidmembraanid faasisiirde ajal. - M .: Nauka, 1994.
Gennis R. Biomembraanid. Molekulaarne struktuur ja funktsioonid: tõlge inglise keelest. = Biomembraanid. Molekulaarne struktuur ja funktsioon (autor. Robert B. Gennis). - 1. trükk. - M .: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
Ivanov V. G., Berestovski T. N. bioloogiliste membraanide lipiidide kaksikkiht. - M .: Nauka, 1982.
Rubin A. B. Biofüüsika, õpik 2 kd. - 3. trükk, muudetud ja täiendatud. - M .: Moskva ülikooli kirjastus, 2004. -

rakumembraan.
Rakumembraan eraldab mis tahes raku sisu väliskeskkonnast, tagades selle terviklikkuse; reguleerib raku ja keskkonna vahelist vahetust; rakusisesed membraanid jagavad raku spetsiaalseteks suletud sektsioonideks – kambriteks ehk organellideks, milles säilivad teatud keskkonnatingimused.
Struktuur.
Rakumembraan on lipiidide (rasvade) klassi molekulide topeltkiht (kakskiht), millest enamik on nn komplekslipiidid - fosfolipiidid. Lipiidimolekulidel on hüdrofiilne ("pea") ja hüdrofoobne ("saba") osa. Membraanide moodustumisel pöörduvad molekulide hüdrofoobsed osad sissepoole, hüdrofiilsed osad aga väljapoole. Membraanid on erinevates organismides väga sarnased struktuurid. Membraani paksus on 7-8 nm. (10-9 meetrit)
hüdrofiilsus- aine võime olla veega märjaks.
hüdrofoobsus- aine võimetus olla veega märjaks.
Bioloogiline membraan sisaldab ka erinevaid valke:
- integraalne (läbi membraani tungiv)
- poolintegreeritud (ühest otsast sukeldatud välimisse või sisemisse lipiidikihti)
- pindmine (asub membraani välisküljel või sisemiste külgede kõrval).
Mõned valgud on rakumembraani kokkupuutepunktid tsütoskeletiga rakus ja rakuseinaga (kui see on olemas) väljaspool.
tsütoskelett- raku karkass raku sees.
Funktsioonid.
1) Barjäär- tagab reguleeritud, selektiivse, passiivse ja aktiivse ainevahetuse keskkonnaga.
2) Transport- ained transporditakse läbi membraani rakku ja sealt välja.maatriks - tagab membraanivalkude kindla suhtelise asendi ja orientatsiooni, nende optimaalse vastasmõju.
3) Mehaaniline- tagab raku autonoomia, selle rakusisesed struktuurid, aga ka ühenduse teiste rakkudega (kudedes) Rakkudevahelisel ainel on oluline roll mehaanilise funktsiooni tagamisel.
4) Retseptor- mõned valgud membraanis on retseptorid (molekulid, mille abil rakk tajub teatud signaale).
Näiteks veres ringlevad hormoonid toimivad ainult sihtrakkudele, millel on neile hormoonidele vastavad retseptorid. Neurotransmitterid (kemikaalid, mis juhivad närviimpulsse) seonduvad ka sihtrakkude spetsiifiliste retseptorvalkudega.
Hormoonid- bioloogiliselt aktiivsed signaalkemikaalid.
5) Ensümaatiline Membraanvalgud on sageli ensüümid. Näiteks sooleepiteelirakkude plasmamembraanid sisaldavad seedeensüüme.
6) Biopotentsiaalide tekitamise ja läbiviimise rakendamine.
Membraani abil hoitakse rakus konstantset ioonide kontsentratsiooni: K + iooni kontsentratsioon rakus on palju suurem kui väljaspool ja Na + kontsentratsioon palju madalam, mis on väga oluline, kuna see säilitab potentsiaalide erinevuse üle membraani ja tekitab närviimpulsi.
närviimpulss – erutuslaine, mis edastatakse mööda närvikiudu.
7) Rakkude märgistamine- membraanil on antigeenid, mis toimivad markeritena - "sildid", mis võimaldavad teil rakku tuvastada. Need on glükoproteiinid (st valgud, mille külge on kinnitatud hargnenud oligosahhariidide kõrvalahelad), mis täidavad "antennide" rolli. Arvukate külgahelate konfiguratsioonide tõttu on võimalik iga rakutüübi jaoks teha spetsiifiline marker. Markerite abil suudavad rakud teisi rakke ära tunda ja nendega koos tegutseda, näiteks moodustades elundeid ja kudesid. Samuti võimaldab see immuunsüsteemil võõraid antigeene ära tunda.
läbilaskvuse omadused.
Rakumembraanidel on selektiivne läbilaskvus: nad tungivad aeglaselt läbi mitmel viisil:
Glükoos on peamine energiaallikas.

Aminohapped on ehitusplokid, mis moodustavad kõik keha valgud.

Rasvhapped – struktuursed, energeetilised ja muud funktsioonid.

Glütserool - paneb kehas vett kinni pidama ja vähendab uriini tootmist.

Ioonid on reaktsioonide ensüümid.

Veelgi enam, membraanid ise reguleerivad seda protsessi teatud määral aktiivselt - mõned ained läbivad, teised aga mitte. Ainete rakku sisenemiseks või nende eemaldamiseks rakust väljapoole on neli peamist mehhanismi:
Passiivse läbilaskvuse mehhanismid:
1) Difusioon.
Selle mehhanismi variant on hõlbustatud difusioon, mille puhul konkreetne molekul aitab ainel membraani läbida. Sellel molekulil võib olla kanal, mis laseb läbi ainult ühte tüüpi ainet.
difusioon-ühe aine molekulide vastastikuse tungimise protsess teise aine molekulide vahele.
Osmoos– ühesuunalise difusiooni protsess läbi lahustimolekulide poolläbilaskva membraani lahustunud aine suurema kontsentratsiooni suunas.
Normaalset vererakku ümbritsev membraan läbib ainult veemolekule, hapnikku, mõningaid veres lahustunud toitaineid ja raku jääkaineid.
Aktiivsed läbilaskvusmehhanismid:
1) Aktiivne transport.
aktiivne transport– aine ülekandmine madala kontsentratsiooniga piirkonnast kõrge kontsentratsiooniga piirkonda.
Aktiivne transport nõuab energiat, kuna see liigub madala kontsentratsiooniga piirkonnast kõrge kontsentratsiooniga piirkonda. Membraanil on spetsiaalsed pumbavalgud, mis pumpavad aktiivselt rakku kaaliumiioone (K +) ja pumpavad sealt välja naatriumioone (Na +), energiana toimib ATP.
ATP– universaalne energiaallikas kõigi biokeemiliste protsesside jaoks. .(rohkem hiljem)
2) Endotsütoos.
Osakesed, mis mingil põhjusel ei suuda läbida rakumembraani, kuid on rakule vajalikud, võivad endotsütoosi teel läbi membraani tungida.
Endotsütoos– välise materjali omastamise protsess raku poolt.
Membraani selektiivne läbilaskvus passiivse transpordi ajal on tingitud spetsiaalsetest kanalitest - integraalsetest valkudest. Nad tungivad läbi ja läbi membraani, moodustades omamoodi läbipääsu. Elementidel K, Na ja Cl on oma kanalid. Kontsentratsioonigradiendi suhtes liiguvad nende elementide molekulid rakku sisse ja välja. Ärrituse korral avanevad naatriumioonikanalid ja naatriumiioonide sissevool rakku toimub järsult. Selle tulemuseks on membraanipotentsiaali tasakaalustamatus. Pärast seda taastatakse membraani potentsiaal. Alati on avatud kaaliumikanalid, mille kaudu sisenevad kaaliumiioonid aeglaselt rakku.
Membraani struktuur
Läbilaskvus
aktiivne transport
Osmoos
Endotsütoos