Taime rakumembraan. Bioloogiliste membraanide ehitus ja funktsioonid

Taimerakumembraan on üks organellidest, mis ümbritseb tsütoplasmat ja toimib spetsiifilise barjäärina sisemise sisu ja väliskeskkonna vahel. Sellel organellil on ka teisi bioloogiateaduses aktsepteeritud nimetusi: plasmamembraan, plasmalemma ja tsütolemma. Seda uuriti täielikult alles suhteliselt hiljuti - eelmise sajandi seitsmekümnendatel aastatel seostatakse läbimurret esimeste elektronmikroskoopide tulekuga, mis hõlbustas oluliselt teadlaste tööd. Esimesed teaduslikud katsed, mis puudutasid plasmalemma ja andsid olulisi tulemusi, viidi läbi 1925. aastal. Taimeraku rakumembraanil on omadused, mis eristavad seda sarnasest loomaorganellist. Selles materjalis käsitletakse neid funktsioone üksikasjalikult.

Ja funktsioonid ei erine erinevate organismide vahel palju. Enamikul liikidel on plasmalemma järgmine struktuur:

Väliskiht. See koosneb valkudest, ei ole pidev ja selle struktuuris on spetsiaalsed ioonidest koosnevad kanalid, mis transpordivad sees aineid, mis ei suuda iseseisvalt keskmist kihti ületada.
Keskmine kiht. Muidu – bilipiidne või rasvane. See on vedel ja suhteliselt homogeenne, kuna väliskihtides olevad erinevat tüüpi valgud suudavad selle sisse tungida. See sisaldab mitut tüüpi lipiide: fosfolipiide, kolesterooli ja glükolipiide. Kolesterool ei ole alati olemas. Lipiididel on pea, mida peetakse hüdrofiilseks, ja kaks pikka otsa, mis, vastupidi, on hüdrofoobsed.
Sisemine kiht. Sarnaselt väliskihiga koosneb see valkudest. Samuti sisaldavad valgukihid spetsiaalseid rõngakujulisi lipiide, mis toimivad nende jaoks kaitsekilena, tagades nende toimimise.

Taimerakumembraani valgukihid koosnevad:

integraalsed valgud. Jaotatud kogu plasmalemma laiuses;
poolintegraalne. Need on sisseehitatud, kuid ei läbi tsütolemma;
perifeerne. Esineb ainult pinnal.

Eespool käsitletud teabel, mis on erinevate liikide puhul enamasti sama, on organismides, nagu taimed, seened ja bakterid, siiski väikesed erinevused. Nende erinevuste olemuse mõistmiseks on vaja kaaluda ülesandeid, mida plasmalemma taimeorganismides lahendab.

Vaata videot raku ja rakumembraani ehitusest.

Taime rakumembraan täidab järgmisi funktsioone:

Transport. Soodustab oluliste toitainete allaneelamist. Reguleerib raku üldist vahetust väliskeskkonnaga.
Maatriks. Vastutab teiste sisemiste organellide asukoha eest, fikseerib nende asukoha ja soodustab nende omavahelist suhtlemist.
Energia metabolismi reguleerimine. Tagab erinevate protsesside toimumise alates fotosünteesist kuni rakuhingamiseni. Need protsessid ei oleks võimalikud ilma plasmalemma valgukanaliteta.
Ensüümi tootmine. Ensüüme toodetakse täpselt osade rakkude plasmamembraanide valgukihtides.

Looma- ja taimerakkudes on rakumembraani struktuur identne, kuid nende ülesanded on erinevad. Seda võib seletada asjaoluga, et taimedel on . See sein on täiendav organell, mis katab tsütolemma väljastpoolt ja selle tulemusena võtab osa selle funktsioonidest.

Rakuseina ülesanded:

kaitsev. See sein on vastupidav, mis aitab vältida mehaanilisi kahjustusi. Samuti võimaldab see selektiivselt siseneda molekulidele, takistades patogeensete molekulide sisenemist;
reservide moodustamine. Mõned kasulikud ained ladestuvad seina, et seda kasutada ebasoodsate tingimuste korral, samuti kasvu ja arengu tagamiseks;
reguleerib siserõhku. Selle funktsiooni täitmine on otseselt seotud keha tugevusega;
interaktsioon teiste rakkudega. Spetsiaalsete kanalite olemasolu seinas võimaldab vahetada teavet väliskeskkonna seisundi kohta.

Kõnealune sein täidab mitmeid funktsioone, mida loomorganismides täidab tsütolemma. Just selle tõttu võib taimede ja mõnede teiste liikide membraani struktuur erineda.

Tsütolemma tähtsus kehale

Vaatamata sellele, et taimedes on paljud funktsioonid tsütolemmast teisele organellile delegeeritud, mängib see organismi elus siiski väga olulist rolli.

Just plasmalemma abil toimuvad peamised ainevahetusprotsessid, mida väljendavad järgmised reaktsioonid:

Eksotsütoos. Varem juba töödeldud või spetsiaalselt väliskeskkonda sattumiseks moodustatud ainete (näiteks hormoonid või ensüümid) eraldumine. Nende eemaldamiseks moodustuvad tsütolemma sisepinnale spetsiaalsed vesiikulid, mis läbivad lipiidide ridu ja seejärel vabaneb nende sisu.
Fagotsütoos. Teatud toitainete osakeste imendumine tsütolemma poolt ja nende edasine töötlemine. Selle protsessi eest vastutavad spetsiaalsed rakud, mida nimetatakse fagotsüütideks ja mis on kinnitatud tsütolemma külge.
Pinotsütoos. Selle vahetus läheduses olevate vedelate molekulide plasmalemma imendumine. See saavutatakse plasmalemma pinnal asuvate spetsiaalsete flagellade abil, tänu millele pinnale langev vedelik võtab tilga kujul ja seda saab kinni püüda.

Tänu ioonkanalite olemasolule siseneb tsütolemma kaudu hulk eluks vajalikke aineid. Nende kanalite tähtsust on vaevalt võimalik üle hinnata, vähemalt fakt, et kui kanalid kaotavad oma toonuse ja lakkavad oma funktsioonidest õigesti täitma, hakkab rakk hapnikunälga, mistõttu pärast mõne aja pärast võib see degenereeruda vähiks.

Taimerakus ei vastuta toitumisprotsesside eest mitte ainult tsütolemma, vaid ka rakusein, mistõttu on nii oluline, et nende organellide kombinatsioon oleks õiges seisukorras, sellest sõltub otseselt elu.

Kas teie arvates olid materjalis näidatud kõik rakumembraani funktsioonid? Võib-olla on teie seas kõige tähelepanelikumaid, kes teavad veel üht ebaolulist funktsiooni? Jagage oma tähelepanekuid

Loodus on loonud palju organisme ja rakke, kuid sellele vaatamata on bioloogiliste membraanide struktuur ja enamik funktsioone samad, mis võimaldab uurida nende struktuuri ja uurida nende võtmeomadusi, olemata seotud kindlat tüüpi rakuga.

Mis on membraan?

Membraanid on kaitseelement, mis on iga elusorganismi raku lahutamatu osa.

Kõigi planeedi elusorganismide struktuurne ja funktsionaalne üksus on rakk. Tema elutegevus on lahutamatult seotud keskkonnaga, millega ta vahetab energiat, teavet ja ainet. Seega tuleb raku toimimiseks vajalik toitumisenergia väljastpoolt ja kulub selle erinevatele funktsioonidele.

Elusorganismi kõige lihtsama struktuuriüksuse ehitus: organellmembraan, mitmesugused kandmised. Seda ümbritseb membraan, mille sees asuvad tuum ja kõik organellid. Need on mitokondrid, lüsosoomid, ribosoomid, endoplasmaatiline retikulum. Igal konstruktsioonielemendil on oma membraan.

Roll raku aktiivsuses

Bioloogiline membraan mängib elementaarse elusüsteemi struktuuris ja toimimises keskset rolli. Organismiks võib õigustatult nimetada ainult rakku, mida ümbritseb kaitsekesta. Membraani olemasolu tõttu toimub ka selline protsess nagu ainevahetus. Kui selle struktuurne terviklikkus on häiritud, toob see kaasa muutuse kogu keha funktsionaalses seisundis.

Rakumembraan ja selle funktsioonid

See eraldab raku tsütoplasma väliskeskkonnast või membraanist. Rakumembraan tagab spetsiifiliste funktsioonide õige täitmise, rakkudevaheliste kontaktide ja immuunilmingute spetsiifilisuse ning säilitab transmembraanse elektripotentsiaali erinevuse. See sisaldab retseptoreid, mis suudavad tajuda keemilisi signaale – hormoone, vahendajaid ja muid bioloogiliselt aktiivseid komponente. Need retseptorid annavad sellele veel ühe võime – muuta raku metaboolset aktiivsust.

Membraani funktsioonid:

1. Ainete aktiivne ülekanne.

2. Ainete passiivne ülekanne:

2.1. Difusioon on lihtne.

2.2. Kandke läbi pooride.

2.3. Transport toimub kandja difusiooni teel koos membraanainega või aine edasikandmisega mööda kandja molekulaarahelat.

3. Mitteelektrolüütide ülekanne lihtsa ja hõlbustatud difusiooni tõttu.

Rakumembraani struktuur

Rakumembraani komponendid on lipiidid ja valgud.

Lipiidid: fosfolipiidid, fosfatidüületanoolamiin, sfingomüeliin, fosfatidüülinositool ja fosfatidüülseriin, glükolipiidid. Lipiidide osakaal on 40-90%.

Valgud: perifeersed, integraalsed (glükoproteiinid), spektriin, aktiin, tsütoskelett.

Peamine struktuurielement on fosfolipiidimolekulide topeltkiht.

Katusemembraan: määratlus ja tüpoloogia

Natuke statistikat. Vene Föderatsiooni territooriumil on membraani kasutatud katusekattematerjalina mitte väga kaua aega tagasi. Membraankatuste osakaal pehmete katuseplaatide koguarvust on vaid 1,5%. Bituumen- ja mastikskatused on Venemaal laiemalt levinud. Kuid Lääne-Euroopas on membraankatuste osakaal 87%. Erinevus on märgatav.

Reeglina sobib membraan kui peamine materjal katuse katmisel ideaalselt lamekatustele. Suure kaldega inimestele sobib see vähem.

Positiivse kasvutrendiga on membraankatuste tootmis- ja müügimahud siseturul. Miks? Põhjused on enam kui selged:

Kasutusiga on umbes 60 aastat. Kujutage vaid ette, ainult tootja poolt kehtestatud garantiiaeg ulatub 20 aastani.
Lihtne paigaldada. Võrdluseks: bituumenkatuse paigaldamine võtab 1,5 korda kauem aega kui membraankatuse paigaldamine.
Hooldus- ja remonditööde lihtsus.

Katusemembraanide paksus võib olla 0,8-2 mm ja ühe ruutmeetri keskmine kaal on 1,3 kg.

Katusemembraanide omadused:

elastsus;
tugevus;
vastupidavus ultraviolettkiirte ja muude agressorite suhtes;
külmakindlus;
tulekindlus.

Katusemembraane on kolme tüüpi. Peamine klassifitseerimistunnus on polümeermaterjali tüüp, mis moodustab lõuendi aluse. Niisiis on katusemembraanid:

kuuluvad EPDM-i rühma, on valmistatud polümeriseeritud etüleen-propüleen-dieeni monomeeri baasil või lihtsalt öeldes, Eelised: kõrge tugevus, elastsus, veekindlus, keskkonnasõbralikkus, madal hind. Puudused: liimitehnoloogia lehtede ühendamiseks spetsiaalse teibi abil, vuukide madal tugevus. Kasutusala: kasutatakse tunnelipõrandate, veeallikate, jäätmehoidlate, tehis- ja looduslike veehoidlate jms hüdroisolatsioonimaterjalina.
PVC membraanid. Need on kestad, mille valmistamisel kasutatakse põhimaterjalina polüvinüülkloriidi. Eelised: UV-vastupidavus, tulekindlus, membraanikangaste lai värvivalik. Puudused: madal vastupidavus bituumenmaterjalidele, õlidele, lahustitele; eraldab atmosfääri kahjulikke aineid; Lõuendi värv tuhmub aja jooksul.
TPO. Valmistatud termoplastilistest olefiinidest. Need võivad olla tugevdatud või tugevdamata. Esimesed on varustatud polüestervõrgu või klaaskiudkangaga. Eelised: keskkonnasõbralikkus, vastupidavus, kõrge elastsus, temperatuuritaluvus (nii kõrgel kui madalal temperatuuril), kangaõmbluste keevisliited. Puudused: kõrge hinnakategooria, tootjate puudumine siseturul.

Profileeritud membraan: omadused, funktsioonid ja eelised

Profileeritud membraanid on ehitusturul uuendus. Seda membraani kasutatakse hüdroisolatsioonimaterjalina.

Tootmises kasutatav aine on polüetüleen. Viimast on kahte tüüpi: kõrge tihedusega polüetüleen (HDPE) ja madala tihedusega polüetüleen (LDPE).

LDPE ja HDPE membraanide tehnilised omadused

Näitaja
Tõmbetugevus (MPa)
Tõmbe pikenemine (%)
Tihedus (kg/cu.m)
Survetugevus (MPa)
Löögitugevus (sälguga) (KJ/sq.m)
Painde elastsusmoodul (MPa)
Kõvadus (MRa)
Töötemperatuur (˚С)	-60 kuni +80	-60 kuni +80
Päevane veeimavus (%)

Kõrgsurve polüetüleenist valmistatud profiilmembraanil on spetsiaalne pind - õõnsad vistrikud. Nende moodustiste kõrgus võib varieeruda 7 kuni 20 mm. Membraani sisepind on sile. See võimaldab ehitusmaterjalide tõrgeteta painutamist.

Membraani üksikute sektsioonide kuju muutmine on välistatud, kuna rõhk jaotub samade eendite olemasolu tõttu ühtlaselt kogu selle alale. Geomembraani saab kasutada ventilatsiooni isolatsioonina. Sel juhul on tagatud hoonesisene vaba soojusvahetus.

Profileeritud membraanide eelised:

suurenenud tugevus;
kuumakindlus;
vastupidavus keemilistele ja bioloogilistele mõjudele;
pikk kasutusiga (üle 50 aasta);
paigaldamise ja hooldamise lihtsus;
taskukohane hind.

Profileeritud membraane on kolme tüüpi:

ühekihilise kangaga;
kahekihilise kangaga = geotekstiil + drenaažimembraan;
kolmekihilise kangaga = libe pind + geotekstiil + drenaažimembraan.

Ühekihilist profiilmembraani kasutatakse kõrge õhuniiskusega seinte peamise hüdroisolatsiooni, betooni ettevalmistamise, paigaldamise ja demonteerimise kaitsmiseks. Paigaldamisel kasutatakse kahekihilist kaitsekihti. See koosneb kolmest kihist ja seda kasutatakse külmale vastuvõtlikul pinnasel ja sügaval pinnasel.

Drenaažimembraanide kasutusvaldkonnad

Profileeritud membraan leiab selle rakenduse järgmistes valdkondades:

Vundamendi põhiline hüdroisolatsioon. Pakub usaldusväärset kaitset põhjavee, taimede juurestiku, pinnase vajumise ja mehaaniliste kahjustuste hävitava mõju eest.
Vundamendi seina drenaaž. Neutraliseerib põhjavee ja atmosfääri sademete mõju, transportides need äravoolusüsteemidesse.
Horisontaalne tüüp - kaitse konstruktsioonilistest omadustest tingitud deformatsiooni eest.
Analoogne betooni valmistamisega. Seda kasutatakse madala põhjaveetasemega piirkonna hoonete ehitamisel juhtudel, kui kapillaarniiskuse eest kaitsmiseks kasutatakse horisontaalset hüdroisolatsiooni. Profileeritud membraani funktsioonide hulka kuulub ka tsemendipiima pinnasesse sattumise takistamine.
Suure niiskustasemega seinapindade ventilatsioon. Võimalik paigaldada nii ruumi sise- kui ka välisküljele. Esimesel juhul aktiveeritakse õhuringlus ja teisel on tagatud optimaalne niiskus ja temperatuur.
Kasutatud inversioon katusekate.

Superdifusioonmembraan

Superdifusioonmembraan on uue põlvkonna materjal, mille põhieesmärk on kaitsta katusekonstruktsiooni elemente tuule, sademete ja auru eest.

Kaitsematerjali tootmine põhineb mittekootud ainete, kvaliteetsete tihedate kiudude kasutamisel. Siseturul on populaarsed kolme- ja neljakihilised membraanid. Ekspertide ja tarbijate ülevaated kinnitavad, et mida rohkematel kihtidel konstruktsioon põhineb, seda tugevamad on selle kaitsefunktsioonid ja seega ka ruumi kui terviku energiatõhusus.

Sõltuvalt katuse tüübist, selle konstruktsioonilistest omadustest ja kliimatingimustest soovitavad tootjad eelistada üht või teist tüüpi difusioonmembraani. Niisiis, need on olemas keerukate ja lihtsate konstruktsioonidega viilkatuste jaoks, minimaalse kaldega viilkatuste jaoks, õmbluskattega katuste jaoks jne.

Superdifusioonmembraan asetatakse otse soojusisolatsioonikihile, põrandakate laudadest. Tuulutusvahet pole vaja. Materjal kinnitatakse spetsiaalsete klambrite või terasnaeltega. Difusioonplekkide servad on ühendatud ja tööd saab teha ka ekstreemsetes tingimustes: tugevate tuuleiilide korral jne.

Lisaks saab kõnealust katet kasutada ajutise katusekattena.

PVC membraanid: olemus ja eesmärk

PFC membraanid on polüvinüülkloriidist valmistatud katusematerjal, millel on elastsed omadused. Selline kaasaegne katusematerjal on täielikult asendanud bituumenrulli analoogid, millel on märkimisväärne puudus - vajadus süstemaatilise hoolduse ja remondi järele. Tänapäeval võimaldavad PVC-membraanide iseloomulikud omadused neid kasutada vanade lamekatuste remonditöödel. Neid kasutatakse ka uute katuste paigaldamisel.

Sellest materjalist katust on lihtne kasutada ning selle paigaldamist saab teha igat tüüpi pinnale, igal aastaajal ja ilmastikutingimustes. PVC membraanil on järgmised omadused:

tugevus;
stabiilsus UV-kiirte, erinevat tüüpi sademete, punkt- ja pinnakoormusega kokkupuutel.

Tänu oma ainulaadsetele omadustele teenivad PVC membraanid teid ustavalt palju aastaid. Sellise katuse eluiga on võrdne hoone enda elueaga, samas kui rullkatusematerjalid nõuavad regulaarset remonti, mõnel juhul ka täielikku demonteerimist ja uue põranda paigaldamist.

PVC membraanplekid ühendatakse omavahel kuumkeevitusega, mille temperatuur jääb vahemikku 400-600 kraadi Celsiuse järgi. See ühendus on täielikult suletud.

PVC membraanide eelised

Nende eelised on ilmsed:

katusesüsteemi paindlikkus, mis sobib kõige paremini ehitusprojektiga;
vastupidav, õhukindel ühendusõmblus membraanilehtede vahel;
ideaalne taluvus kliimamuutuste, ilmastikutingimuste, temperatuuri, niiskuse suhtes;
suurenenud auru läbilaskvus, mis soodustab katusealusesse ruumi kogunenud niiskuse aurustumist;
palju värvivalikuid;
tule omadused;
võime säilitada oma esialgsed omadused ja välimus pikka aega;
PVC membraan on absoluutselt keskkonnasõbralik materjal, mida kinnitavad asjakohased sertifikaadid;
paigaldusprotsess on mehhaniseeritud, nii et see ei võta palju aega;
kasutusreeglid võimaldavad paigaldada erinevaid arhitektuurseid täiendusi otse PVC membraankatuse enda peale;
ühekihiline paigaldamine säästab teie raha;
hoolduse ja remondi lihtsus.

Membraankangas

Membraankangas on tekstiilitööstusele tuntud juba pikka aega. Sellest materjalist on valmistatud kingad ja riided: täiskasvanutele ja lastele. Membraan on membraankanga alus, mis on esitatud õhukese polümeerkile kujul ja millel on sellised omadused nagu veekindlus ja auru läbilaskvus. Selle materjali tootmiseks kaetakse see kile välimise ja sisemise kaitsekihiga. Nende struktuuri määrab membraan ise. Seda tehakse selleks, et säilitada kõik kasulikud omadused isegi kahjustuste korral. Teisisõnu, membraanirõivad ei saa märjaks lume või vihma näol sademete käes, kuid samal ajal lasevad need suurepäraselt auru kehast väliskeskkonda. See läbilaskvus võimaldab nahal hingata.

Kõike eelnevat arvesse võttes võime järeldada, et just sellisest kangast valmib ideaalne talveriietus. Kanga põhjas olev membraan võib olla:

pooridega;
ilma poorideta;
kombineeritud.

Membraanid, millel on palju mikropoore, sisaldavad tefloni. Selliste pooride mõõtmed ei küüni isegi veetilga mõõtmeteni, vaid on suuremad kui veemolekul, mis viitab veekindlusele ja võimele higi eemaldada.

Membraanid, millel pole poore, on tavaliselt valmistatud polüuretaanist. Nende sisemine kiht koondab kogu inimkeha higi- ja rasvaeritise ning surub need välja.

Kombineeritud membraani struktuur eeldab kahe kihi olemasolu: poorne ja sile. Sellel kangal on kõrged kvaliteediomadused ja see kestab palju aastaid.

Tänu nendele eelistele on talvehooajal kandmiseks mõeldud membraankangast riided ja jalanõud vastupidavad, kuid kerged ning kaitsevad suurepäraselt külma, niiskuse ja tolmu eest. Need on paljude aktiivsete talvise puhkuse ja alpinismi jaoks lihtsalt asendamatud.

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 piirkonnad sissepoole ja hüdrofiilsed piirkonnad väljapoole. Membraanid on struktuurid, mis on erinevates organismides väga sarnased. 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 (membraani läbistamine)
- poolintegreeritud (ühest otsast sukeldatud välimisse või sisemisse lipiidikihti)
- pindmine (asub membraani välisküljel või sisemiste külgede kõrval).
Mõned valgud on kokkupuutepunktid rakumembraani ja tsütoskeleti vahel raku sees ning rakuseina (kui see on olemas) vahel.
Tsütoskelett- raku sees olev rakuline raamistik.
Funktsioonid.
1) Barjäär- tagab reguleeritud, selektiivse, passiivse ja aktiivse ainevahetuse keskkonnaga.
2) Transport- ainete transport rakku ja sealt välja toimub läbi membraani maatriksi - tagab membraanivalkude kindla suhtelise asendi ja orientatsiooni, nende optimaalse vastasmõju.
3) Mehaaniline- tagab raku autonoomia, selle rakusisesed struktuurid, aga ka ühenduse teiste rakkudega (kudedes) Mehaanilise funktsiooni tagamisel on suur roll rakkudevahelisel ainel.
4) Retseptor- mõned membraanis asuvad valgud on retseptorid (molekulid, mille abil rakk tajub teatud signaale).
Näiteks veres ringlevad hormoonid toimivad ainult sihtrakkudele, millel on nendele hormoonidele vastavad retseptorid. Neurotransmitterid (kemikaalid, mis tagavad närviimpulsside juhtivuse) seonduvad sihtrakkudes ka spetsiaalsete retseptorvalkudega.
Hormoonid- bioloogiliselt aktiivsed signaalkemikaalid.
5) Ensümaatiline- membraanivalgud on sageli ensüümid. Näiteks sooleepiteelirakkude plasmamembraanid sisaldavad seedeensüüme.
6) Biopotentsiaalide tekitamise ja juhtimise rakendamine.
Membraani abil hoitakse rakus pidevat ioonide kontsentratsiooni: K+ iooni kontsentratsioon rakus on palju suurem kui väljaspool ja Na+ kontsentratsioon palju madalam, mis on väga oluline, kuna see tagab potentsiaalide erinevuse säilitamine membraanil ja närviimpulsi tekitamine.
Närviimpulss – erutuslaine, mis edastatakse mööda närvikiudu.
7) Lahtri märgistus- membraanil on antigeenid, mis toimivad markeritena - "märgised", mis võimaldavad rakku tuvastada. Need on glükoproteiinid (st valgud, mille külge on kinnitatud hargnenud oligosahhariidide külgahelad), mis mängivad "antennide" rolli. Külgahelate arvukate konfiguratsioonide tõttu on võimalik iga rakutüübi jaoks teha spetsiifiline marker. Markerite abil suudavad rakud teisi rakke ära tunda ja nendega koos tegutseda, näiteks elundite ja kudede moodustamisel. See võimaldab immuunsüsteemil ka võõraid antigeene ära tunda.
Läbilaskvuse tunnused.
Rakumembraanid on selektiivselt läbilaskvad: neisse tungitakse aeglaselt erineval 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 on läbilaskev ainult vee molekulidele, hapnikule, mõnele veres lahustunud toitainele ja raku jääkainetele.
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+), kasutades energiana ATP-d.
ATP– universaalne energiaallikas kõigi biokeemiliste protsesside jaoks. .(rohkem hiljem)
2) Endotsütoos.
Osakesed, mis mingil põhjusel ei suuda rakumembraani läbida, kuid on rakule vajalikud, võivad tungida läbi membraani endotsütoosi teel.
Endotsütoos– välise materjali omastamise protsess raku poolt.
Membraani selektiivne läbilaskvus passiivse transpordi ajal on tingitud spetsiaalsetest kanalitest - integraalsetest valkudest. Nad tungivad otse 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 tekib äkiline naatriumiioonide sissevool rakku. Sel juhul tekib membraanipotentsiaali tasakaalustamatus. Pärast seda taastatakse membraani potentsiaal. Kaaliumikanalid on alati avatud, võimaldades kaaliumiioonidel aeglaselt rakku siseneda.
Membraani struktuur
Läbilaskvus
Aktiivne transport
Osmoos
Endotsütoos

9.5.1. Membraanide üks peamisi funktsioone on osalemine ainete ülekandes. See protsess saavutatakse kolme peamise mehhanismi kaudu: lihtne difusioon, hõlbustatud difusioon ja aktiivne transport (joonis 9.10). Pidage meeles nende mehhanismide kõige olulisemad omadused ja igal juhul transporditavate ainete näited.

Joonis 9.10. Molekulide transportimise mehhanismid läbi membraani

Lihtne difusioon- ainete ülekandmine läbi membraani ilma spetsiaalsete mehhanismide osaluseta. Transport toimub mööda kontsentratsioonigradienti ilma energiatarbimiseta. Lihtsa difusiooni teel transporditakse väikesed biomolekulid - H2O, CO2, O2, uurea, hüdrofoobsed madalmolekulaarsed ained. Lihtsa difusiooni kiirus on võrdeline kontsentratsiooni gradiendiga.

Hõlbustatud difusioon- ainete ülekandmine läbi membraani valgukanalite või spetsiaalsete kandevalkude abil. See viiakse läbi kontsentratsioonigradienti mööda ilma energiatarbimiseta. Transporditakse monosahhariide, aminohappeid, nukleotiide, glütserooli ja mõningaid ioone. Iseloomulik on küllastuskineetika - transporditava aine teatud (küllastava) kontsentratsiooni korral osalevad ülekandes kõik kandja molekulid ja transpordikiirus saavutab maksimumväärtuse.

Aktiivne transport- nõuab ka spetsiaalsete transportvalkude osalemist, kuid transport toimub kontsentratsioonigradienti vastu ja nõuab seetõttu energiakulu. Seda mehhanismi kasutades transporditakse Na+, K+, Ca2+, Mg2+ ioonid läbi rakumembraani ja prootonid läbi mitokondriaalse membraani. Ainete aktiivset transporti iseloomustab küllastuskineetika.

9.5.2. Ioonide aktiivset transporti teostava transpordisüsteemi näiteks on Na+,K+-adenosiintrifosfataas (Na+,K+-ATPaas või Na+,K+-pump). See valk asub sügaval plasmamembraanis ja on võimeline katalüüsima ATP hüdrolüüsi reaktsiooni. 1 ATP molekuli hüdrolüüsil vabanevat energiat kasutatakse 3 Na+ iooni kandmiseks rakust rakuvälisesse ruumi ja 2 K+ iooni vastupidises suunas (joonis 9.11). Na+,K+-ATPaasi toime tulemusena tekib raku tsütosooli ja rakuvälise vedeliku kontsentratsioonide erinevus. Kuna ioonide ülekanne ei ole samaväärne, tekib elektripotentsiaalide erinevus. Seega tekib elektrokeemiline potentsiaal, mis koosneb elektripotentsiaalide erinevuse energiast Δφ ja ainete kontsentratsioonide erinevuse energiast ΔC mõlemal pool membraani.

Joonis 9.11. Na+, K+ pumba diagramm.

9.5.3. Osakeste ja suure molekulmassiga ühendite transport läbi membraanide

Koos kandjate poolt läbiviidava orgaaniliste ainete ja ioonide transpordiga toimib rakus väga eriline mehhanism, mille eesmärk on absorbeerida rakku kõrgmolekulaarseid ühendeid ja eemaldada sealt biomembraani kuju muutes kõrgmolekulaarseid ühendeid. Seda mehhanismi nimetatakse vesikulaarne transport.

Joonis 9.12. Vesikulaarse transpordi tüübid: 1 - endotsütoos; 2 - eksotsütoos.

Makromolekulide ülekande ajal toimub membraaniga ümbritsetud vesiikulite (vesiikulite) järjestikune moodustumine ja sulandumine. Transpordisuuna ja transporditavate ainete laadi alusel eristatakse järgmisi vesikulaarse transpordi liike:

Endotsütoos(Joonis 9.12, 1) - ainete ülekandmine rakku. Sõltuvalt saadud vesiikulite suurusest eristatakse neid:

A) pinotsütoos — vedelate ja lahustunud makromolekulide (valgud, polüsahhariidid, nukleiinhapped) neeldumine väikeste mullide (läbimõõduga 150 nm) abil;

b) fagotsütoos — suurte osakeste, nagu mikroorganismid või rakujäänused, imendumine. Sel juhul moodustuvad suured vesiikulid, mida nimetatakse fagosoomideks ja mille läbimõõt on üle 250 nm.

Pinotsütoos on iseloomulik enamikule eukarüootsetele rakkudele, samas kui suured osakesed imenduvad spetsialiseeritud rakkudesse - leukotsüüdid ja makrofaagid. Endotsütoosi esimeses etapis adsorbeeritakse ained või osakesed membraani pinnale, see protsess toimub ilma energiatarbimiseta. Järgmises etapis süveneb adsorbeeritud ainega membraan tsütoplasmasse; tekkivad plasmamembraani lokaalsed invaginatsioonid eralduvad rakupinnalt, moodustades vesiikulid, mis seejärel rändavad rakku. See protsess on ühendatud mikrokiudude süsteemiga ja on energiast sõltuv. Rakku sisenevad vesiikulid ja fagosoomid võivad lüsosoomidega ühineda. Lüsosoomides sisalduvad ensüümid lagundavad vesiikulites ja fagosoomides sisalduvad ained madala molekulmassiga saadusteks (aminohapped, monosahhariidid, nukleotiidid), mis transporditakse tsütosooli, kus rakk saab neid kasutada.

Eksotsütoos(Joonis 9.12, 2) - osakeste ja suurte ühendite ülekandmine rakust. See protsess, nagu endotsütoos, toimub energia neeldumisel. Peamised eksotsütoosi tüübid on:

A) sekretsioon - kasutatavate või teisi keharakke mõjutavate veeslahustuvate ühendite eemaldamine rakust. Seda võivad läbi viia nii spetsialiseerimata rakud kui ka sisesekretsiooninäärmete, seedetrakti limaskesta rakud, mis on kohandatud nende poolt toodetavate ainete (hormoonid, neurotransmitterid, proensüümid) sekretsiooniks, sõltuvalt keha spetsiifilistest vajadustest.

Sekreteeritud valgud sünteesitakse ribosoomidel, mis on seotud kareda endoplasmaatilise retikulumi membraanidega. Seejärel transporditakse need valgud Golgi aparaati, kus neid modifitseeritakse, kontsentreeritakse, sorteeritakse ja seejärel pakitakse vesiikulitesse, mis vabanevad tsütosooli ja seejärel sulanduvad plasmamembraaniga nii, et vesiikulite sisu jääb rakust välja.

Erinevalt makromolekulidest transporditakse väikesed sekreteeritud osakesed, näiteks prootonid, rakust välja, kasutades hõlbustatud difusiooni ja aktiivse transpordi mehhanisme.

b) eritumist - ainete eemaldamine rakust, mida ei saa kasutada (näiteks erütropoeesi ajal, võrgusilma eemaldamine retikulotsüütidest, mis on organellide agregeeritud jäänused). Eritumise mehhanism näib olevat see, et eritunud osakesed jäävad algul tsütoplasmaatilisesse vesiikulisse, mis seejärel sulandub plasmamembraaniga.

Pole saladus, et kõik meie planeedi elusolendid koosnevad rakkudest, nendest lugematutest "" orgaanilistest ainetest. Rakke omakorda ümbritseb spetsiaalne kaitsekest - membraan, mis mängib raku elus väga olulist rolli ning rakumembraani funktsioonid ei piirdu ainult raku kaitsmisega, vaid kujutavad endast kompleksi. mehhanism, mis osaleb raku paljunemises, toitumises ja regenereerimises.

Mis on rakumembraan

Sõna "membraan" ise on ladina keelest tõlgitud kui "kile", kuigi membraan ei ole lihtsalt kile, millesse rakk on mähitud, vaid kahe üksteisega ühendatud ja erinevate omadustega kile kombinatsioon. Tegelikult on rakumembraan kolmekihiline lipoproteiini (rasvvalk) membraan, mis eraldab iga raku naaberrakkudest ja keskkonnast ning teostab kontrollitud vahetust rakkude ja keskkonna vahel, see on rakumembraani akadeemiline määratlus. on.

Membraani tähtsus on lihtsalt tohutu, sest see mitte ainult ei eralda üht rakku teisest, vaid tagab ka raku koostoime nii teiste rakkude kui ka keskkonnaga.

Rakumembraanide uurimise ajalugu

Olulise panuse rakumembraani uurimisse andsid kaks Saksa teadlast Gorter ja Grendel juba 1925. aastal. Siis õnnestus neil punaste vereliblede - erütrotsüütidega läbi viia kompleksne bioloogiline katse, mille käigus said teadlased nn "varjud", tühjad erütrotsüütide kestad, mille nad ladusid ühte virna ja mõõtsid pindala ning ka arvutas neis sisalduvate lipiidide koguse. Saadud lipiidide hulga põhjal jõudsid teadlased järeldusele, et need sisalduvad täpselt rakumembraani topeltkihis.

1935. aastal tegi teine paar rakumembraani-uurijaid, seekord ameeriklased Daniel ja Dawson, pärast mitmeid pikki katseid kindlaks valgusisalduse rakumembraanis. Ei olnud muud võimalust selgitada, miks membraanil oli nii suur pindpinevus. Teadlased on nutikalt esitanud võileiva kujul oleva rakumembraani mudeli, milles leiva rolli täidavad homogeensed lipiid-valgukihid ja nende vahel on õli asemel tühjus.

1950. aastal elektroonika tulekuga said Danieli ja Dawsoni teooria kinnitust ka praktilised tähelepanekud - rakumembraani mikropiltidel olid selgelt näha lipiidide ja valgupeade kihid ning ka tühi ruum nende vahel.

1960. aastal töötas Ameerika bioloog J. Robertson välja teooria rakumembraanide kolmekihilise struktuuri kohta, mida peeti pikka aega ainsaks tõeseks, kuid teaduse edasise arenguga hakkasid tekkima kahtlused selle eksimatus. Nii et näiteks vaatenurgast oleks rakkudel keeruline ja töömahukas transportida vajalikke toitaineid läbi kogu “võileiva”

Ja alles 1972. aastal suutsid Ameerika bioloogid S. Singer ja G. Nicholson selgitada Robertsoni teooria ebakõlasid, kasutades rakumembraani uut vedelik-mosaiikmudelit. Eelkõige leidsid nad, et rakumembraan ei ole oma koostiselt homogeenne, pealegi on see asümmeetriline ja vedelikuga täidetud. Lisaks on rakud pidevas liikumises. Ja kurikuulsatel valkudel, mis on osa rakumembraanist, on erinevad struktuurid ja funktsioonid.

Rakumembraani omadused ja funktsioonid

Vaatame nüüd, milliseid funktsioone rakumembraan täidab:

Rakumembraani barjäärifunktsioon on membraan kui tõeline piirivalvur, mis seisab valvel raku piiride üle, viivitab ega lase läbi kahjulikke või lihtsalt sobimatuid molekule.

Rakumembraani transpordifunktsioon - membraan ei ole ainult piirivalve rakuväravas, vaid ka omamoodi tollikontroll, mille kaudu vahetatakse pidevalt teiste rakkude ja keskkonnaga;

Maatriksi funktsioon - see on rakumembraan, mis määrab üksteise suhtes asukoha ja reguleerib nendevahelist interaktsiooni.

Mehaaniline funktsioon - vastutab ühe raku piiramise eest teisest ja paralleelselt rakkude õige ühendamise eest üksteisega, moodustades need homogeenseks koeks.

Rakumembraani kaitsefunktsioon on aluseks raku kaitsekilbi ehitamisel. Looduses võib selle funktsiooni näiteks olla kõva puit, tihe koor, kaitsekesta, kõik tänu membraani kaitsefunktsioonile.

Ensümaatiline funktsioon on teine oluline funktsioon, mida rakus täidavad teatud valgud. Näiteks tänu sellele funktsioonile toimub seedeensüümide süntees sooleepiteelis.

Lisaks kõigele sellele toimub rakumembraani kaudu ka rakuvahetus, mis võib toimuda kolmes erinevas reaktsioonis:

Fagotsütoos on rakuvahetus, mille käigus membraaniga manustatud fagotsüütide rakud püüavad kinni ja seedivad erinevaid toitaineid.
Pinotsütoos on protsess, mille käigus rakumembraan püüab sellega kokku puutuvaid vedelaid molekule. Selleks moodustuvad membraani pinnale spetsiaalsed kõõlused, mis justkui ümbritsevad vedelikutilka, moodustades mulli, mille membraan hiljem “alla neelab”.
Eksotsütoos on pöördprotsess, kui rakk vabastab membraani kaudu pinnale sekretoorse funktsionaalse vedeliku.

Rakumembraani struktuur

Rakumembraanis on kolm lipiidide klassi:

fosfolipiidid (mis on rasvade ja fosfori kombinatsioon),
glükolipiidid (rasvade ja süsivesikute kombinatsioon),
kolesterooli

Fosfolipiidid ja glükolipiidid koosnevad omakorda hüdrofiilsest peast, millesse ulatuvad kaks pikka hüdrofoobset saba. Kolesterool hõivab nende sabade vahelise ruumi, takistades neil paindumast, mõnel juhul muudab see teatud rakkude membraani väga jäigaks. Lisaks kõigele sellele korraldavad kolesterooli molekulid rakumembraani struktuuri.

Aga olgu kuidas on, rakumembraani ehituse kõige olulisem osa on valk, õigemini erinevad valgud, mis mängivad erinevat olulist rolli. Vaatamata membraanis sisalduvate valkude mitmekesisusele, on midagi, mis neid ühendab – rõngakujulised lipiidid paiknevad kõigi membraanivalkude ümber. Rõngakujulised lipiidid on spetsiaalsed struktureeritud rasvad, mis toimivad valkude kaitsekestana, ilma milleta need lihtsalt ei töötaks.

Rakumembraanil on kolm kihti: rakumembraani aluseks on homogeenne vedel bilipiidkiht. Valgud katavad seda mõlemalt poolt nagu mosaiik. Just valgud täidavad lisaks ülalkirjeldatud funktsioonidele ka omapäraste kanalite rolli, mille kaudu membraani läbivad ained, mis ei suuda läbi membraani vedela kihi tungida. Nende hulka kuuluvad näiteks kaaliumi- ja naatriumioonid, mis võimaldavad nende tungimiseks läbi membraani rakumembraanides spetsiaalsed ioonikanalid. Teisisõnu, valgud tagavad rakumembraanide läbilaskvuse.

Kui vaatame rakumembraani läbi mikroskoobi, näeme lipiidide kihti, mille moodustavad väikesed sfäärilised molekulid, millel valgud ujuvad justkui merel. Nüüd teate, millised ained moodustavad rakumembraani.

Rakumembraani video

Ja lõpuks õpetlik video rakumembraani kohta.