Rakumembraani molekulaarne struktuur. Bioloogiliste membraanide ehitus ja funktsioonid

Loodus on loonud palju organisme ja rakke, kuid vaatamata sellele on struktuur ja enamus Bioloogiliste membraanide funktsioonid on samad, mis võimaldab kaaluda nende struktuuri ja neid uurida võtmeomadused ilma kinnitumata kindla rakutüübiga.

Mis on membraan?

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

Struktuursed ja funktsionaalne üksus Iga elusorganism planeedil 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. Iga struktuurielement on oma membraan.

Roll raku aktiivsuses

Bioloogiline membraan mängib elementaarse elusüsteemi struktuuris ja toimimises keskset rolli. Ümbritsetud on ainult üks kamber ohjeldamine, võib õigusega nimetada organismiks. Membraani olemasolu tõttu toimub ka selline protsess nagu ainevahetus. Kui selle struktuurne terviklikkus on kahjustatud, toob see kaasa muutusi funktsionaalne seisund keha tervikuna.

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. Territooriumil Venemaa Föderatsioon Katusekattematerjalina pole membraani väga kaua kasutatud. Erikaal membraankatused alates koguarv pehmed katuseplaadid moodustavad vaid 1,5%. Rohkem laialt levinud Venemaal sai bituumen- ja mastikskatused. Aga sisse Lääne-Euroopa Membraankatused moodustavad 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:

kontserni omanduses EPDM, 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; eraldub atmosfääri kahjulikud ained; 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 ka madalal temperatuuril) madalad temperatuurid), 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: polüetüleen kõrge rõhk(LDPE) ja madala tihedusega polüetüleenist (HDPE).

Tehnilised omadused LDPE ja HDPE membraanid

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. Saab paigaldada nii sise- kui välispinnale väljaspool ruumidesse. Esimesel juhul aktiveeritakse see õhuringlus ja teises tagatakse 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, tihedate kiudude kasutamisel kõrge kvaliteediga. Siseturul on populaarsed kolme- ja neljakihilised membraanid. Ekspertide ja tarbijate ülevaated kinnitavad, et mida rohkematel kihtidel struktuur põhineb, seda tugevam see on. kaitsefunktsioonid, mis tähendab ruumi kui terviku suuremat energiatõhusust.

Sõltuvalt katuse tüübist, selle konstruktsiooniomadustest, kliimatingimused, soovitavad tootjad eelistada üht või teist tüüpi difusioonmembraane. 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. Difusioonilehtede servad on ühendatud töid saab teha ka ekstreemsetes tingimustes: sisse tugevad impulsid tuul 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 katuste remonditöödel tasane tüüp. 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.

See on tänu neile ainulaadsed omadused PVC membraanid teenivad 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 kliimamuutuste taluvus, ilmastikuolud, temperatuur, niiskus;
suurenenud auru läbilaskvus, mis soodustab katusealusesse ruumi kogunenud niiskuse aurustumist;
palju värvivalikuid;
tule omadused;
võime säilitada originaalseid omadusi pikka aega ja välimus;
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. Tootmiseks sellest materjalist see kile on kaetud välise ja sisemisega kaitsekihid. Nende struktuuri määrab membraan ise. Seda tehakse kõigi päästmiseks kasulikud omadused isegi kahju 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 kõrge kvaliteediomadused ja 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 jaoks lihtsalt asendamatud aktiivsed liigid talvepuhkus, mägironimine.

Õues rakumembraan(plasmalemma, tsütolemma, plasmamembraan) loomarakkudest kaetud väljastpoolt (s.t küljelt, mis ei puutu kokku tsütoplasmaga) oligosahhariidahelate kihiga, mis on kovalentselt seotud membraanivalkude (glükoproteiinide) ja vähemal määral lipiididega (glükolipiididega). Seda süsivesikute membraani katet nimetatakse glükokalüks. Glükokalüksi eesmärk pole veel väga selge; Eeldatakse, et see struktuur osaleb rakkudevahelise äratundmise protsessides.

Taimerakkudes Välise rakumembraani peal on tihe pooridega tselluloosikiht, mille kaudu toimub side naaberrakkude vahel tsütoplasmaatiliste sildade kaudu.

Rakkudes seened peal plasmalemma - tihe kiht kitiin.

U bakterid – mureina.

Bioloogiliste membraanide omadused

1. Isemonteerimisvõime pärast hävitavat mõju. Selle omaduse määravad fosfolipiidimolekulide füüsikalis-keemilised omadused, mis in vesilahusühinevad nii, et molekulide hüdrofiilsed otsad pöörduvad väljapoole ja hüdrofoobsed otsad sissepoole. Valgud saab ehitada valmis fosfolipiidikihtidesse. Rakutasandil on oluline võime ise kokku panna.

2. Poolläbilaskev(selektiivsus ioonide ja molekulide ülekandmisel). Tagab ioonse ja molekulaarse koostise püsivuse säilimise rakus.

3. Membraani voolavus. Membraanid ei ole jäigad struktuurid, nad kõikuvad pidevalt lipiidide ja valgu molekulide pöörlemise ja vibratsiooni tõttu. See tagab suurema ensümaatiliste ja muude keemilised protsessid membraanides.

4. Membraani fragmentidel ei ole vabu otsi, kui need mullideks sulguvad.

Välise rakumembraani (plasmalemma) funktsioonid

Plasmalemma põhifunktsioonid on järgmised: 1) barjäär, 2) retseptor, 3) vahetus, 4) transport.

1. Barjääri funktsioon. See väljendub selles, et plasmalemma piirab raku sisu, eraldades selle väliskeskkonnast ja rakusisesed membraanid jagavad tsütoplasma eraldi reaktsioonirakkudeks. sektsioonid.

2. Retseptori funktsioon.Üks neist olulised funktsioonid Plasmamembraan vastutab side (ühenduse) tagamise eest raku ja väliskeskkond membraanides oleva retseptori aparaadi kaudu, mis on valgu- või glükoproteiini iseloomuga. Plasmalemma retseptormoodustiste põhiülesanne on väliste signaalide äratundmine, tänu millele on rakud diferentseerumise käigus õigesti orienteeritud ja moodustavad kudesid. Retseptori funktsioon on seotud erinevate regulatsioonisüsteemide aktiivsusega, samuti immuunvastuse tekkega.

Vahetusfunktsioon määrab ensüümvalkude sisaldus bioloogilistes membraanides, mis on bioloogilised katalüsaatorid. Nende aktiivsus varieerub sõltuvalt keskkonna pH-st, temperatuurist, rõhust ning nii substraadi kui ka ensüümi enda kontsentratsioonist. Ensüümid määravad võtmereaktsioonide intensiivsuse ainevahetust, samuti nende suunas.

Membraanide transpordifunktsioon. Membraan võimaldab erinevate kemikaalide selektiivset tungimist rakku ja rakust välja keskkonda. Ainete transport on vajalik sobiva pH ja õige ioonikontsentratsiooni hoidmiseks rakus, mis tagab raku ensüümide efektiivsuse. Transport varustab toitaineid, mis on nii energiaallikaks kui ka materjaliks erinevate rakuliste komponentide moodustamiseks. Sellest sõltub mürgiste jäätmete eemaldamine rakust, erinevate kasulike ainete eritumine ning närvi- ja lihastegevuseks vajalike ioonide gradientide teke Ainete ülekandekiiruse muutused võivad kaasa tuua häireid bioenergeetilises protsessis, vesi-sool ainevahetus, erutuvus ja muud protsessid.

Nende muutuste korrigeerimine on paljude ravimite toime aluseks.

Ainetel on kaks peamist võimalust rakku siseneda ja rakust väliskeskkonda väljuda;

passiivne transport,

aktiivne transport. Passiivne transport

järgib keemilist või elektrokeemilist kontsentratsioonigradienti ilma ATP energiat kulutamata. Kui transporditava aine molekulil puudub laeng, siis passiivse transpordi suuna määrab ainult selle aine kontsentratsiooni erinevus mõlemal pool membraani (keemiline kontsentratsioonigradient). Kui molekul on laetud, mõjutab selle transporti nii keemiline kontsentratsioonigradient kui ka elektriline gradient (membraani potentsiaal).

Mõlemad gradiendid koos moodustavad elektrokeemilise gradiendi. Ainete passiivset transporti saab läbi viia kahel viisil: lihtne difusioon ja hõlbustatud difusioon. soolaioonid ja vesi võivad tungida läbi selektiivsete kanalite. Neid kanaleid moodustavad teatud transmembraansed valgud, mis moodustavad ots-otsa transporditeid, mis on avatud püsivalt või vaid lühiajaliselt. Selektiivsete kanalite kaudu tungivad läbi erinevad kanalitele vastava suuruse ja laenguga molekulid.

Lihtsa difusiooni jaoks on veel üks viis - see on ainete difusioon lipiidide kaksikkihi kaudu, millest rasvlahustuvad ained ja vesi kergesti läbivad. Lipiidide kaksikkiht on laetud molekulidele (ioonidele) mitteläbilaskev ja samas võivad laenguta väikesed molekulid vabalt difundeeruda ning mida väiksem on molekul, seda kiiremini see transporditakse. Vee üsna kõrge difusioonikiirus läbi lipiidide kaksikkihi on täpselt seletatav selle molekulide väikese suuruse ja laengu puudumisega.

Lihtsustunud difusiooniga Ainete transport hõlmab valke - kandjaid, mis töötavad "ping-pongi" põhimõttel. Sel juhul eksisteerib valk kahes konformatsioonilises olekus: "pong" olekus on transporditava aine sidumissaidid avatud kaksikkihi välisküljel ja "ping" olekus on samad saidid avatud teine pool. See protsess on pöörduv. Millise poole pealt on aine seondumiskoht antud ajahetkel avatud, sõltub selle aine kontsentratsioonigradiendist.

Sel viisil läbivad membraani suhkrud ja aminohapped.

Hõlbustatud difusiooni korral suureneb ainete transpordikiirus oluliselt võrreldes lihtsa difusiooniga.

Lisaks kandevalkudele osalevad hõlbustatud difusioonis ka mõned antibiootikumid, näiteks gramitsidiin ja valinomütsiin.

Kuna need pakuvad ioonide transporti, nimetatakse neid ionofoorid.

Ainete aktiivne transport rakus. Seda tüüpi transport maksab alati energiat. Aktiivseks transpordiks vajalik energiaallikas on ATP. Seda tüüpi transpordi iseloomulik tunnus on see, et seda teostatakse kahel viisil:

ensüümide, mida nimetatakse ATPaasideks, kasutamine;

transport membraanpakendis (entsütoos).

IN Välimine rakumembraan sisaldab ensüümvalke nagu ATPaasid, mille ülesanne on pakkuda aktiivset transporti ioonid kontsentratsiooni gradiendi vastu. Kuna need pakuvad ioonide transporti, nimetatakse seda protsessi ioonpumbaks.

Loomarakkudes on teada neli peamist ioonide transpordisüsteemi. Kolm neist tagavad ülekande läbi bioloogiliste membraanide: Na + ja K +, Ca +, H + ja neljas - prootonite ülekanne mitokondriaalse hingamisahela toimimise ajal.

Aktiivse ioonide transpordimehhanismi näide on naatrium-kaaliumpump loomarakkudes. See hoiab rakus püsivat naatriumi- ja kaaliumiioonide kontsentratsiooni, mis erineb nende ainete kontsentratsioonist keskkonnas: tavaliselt on rakus vähem naatriumioone kui keskkonnas ja rohkem kaaliumiioone.

Selle tulemusena kipub kaalium vastavalt lihtsa difusiooni seadustele rakust lahkuma ja naatrium difundeerub rakku. Erinevalt lihtsast difusioonist pumpab naatrium-kaaliumpump pidevalt naatriumi rakust välja ja sisestab kaaliumi: iga kolme vabanenud naatriummolekuli kohta tuleb rakku kaks kaaliumimolekuli.

Selle naatrium-kaaliumioonide transpordi tagab sõltuv ATPaas, ensüüm, mis paikneb membraanis nii, et see tungib läbi kogu selle paksuse, C sees Membraan saab sellele ensüümile naatriumi ja ATP-d ning välismembraanilt kaaliumi.

Naatriumi ja kaaliumi ülekanne läbi membraani toimub konformatsiooniliste muutuste tulemusena, mille läbib naatrium-kaaliumsõltuv ATPaas, mis aktiveerub, kui naatriumi kontsentratsioon rakus või kaaliumisisaldus keskkonnas suureneb.

Selle pumba energiaga varustamiseks on vajalik ATP hüdrolüüs. Selle protsessi tagab sama ensüüm, naatrium-kaalium sõltuv ATPaas. Veelgi enam, enam kui kolmandik puhkeolekus loomaraku tarbitavast ATP-st kulutatakse naatrium-kaaliumpumba tööks.

Naatrium-kaaliumpumba nõuetekohase toimimise rikkumine põhjustab mitmesuguseid tõsiseid haigusi.

Selle pumba kasutegur ületab 50%, mida ei saavuta inimese loodud kõige arenenumad masinad.

Paljud aktiivsed transpordisüsteemid saavad energiat, mis on salvestatud ioonigradientidesse, mitte ATP otsese hüdrolüüsi kaudu. Kõik need toimivad kotranspordisüsteemidena (soodutades madala molekulmassiga ühendite transporti). Näiteks mõnede suhkrute ja aminohapete aktiivne transport loomarakkudesse määratakse naatriumioonide gradiendiga ja mida kõrgem on naatriumioonide gradient, seda suurem on glükoosi imendumise kiirus. Ja vastupidi, kui naatriumi kontsentratsioon rakkudevahelises ruumis märkimisväärselt väheneb, peatub glükoosi transport. Sel juhul peab naatrium ühinema naatriumist sõltuva glükoosi transportvalguga, millel on kaks seondumiskohta: üks glükoosile, teine naatriumile. Rakku tungivad naatriumioonid hõlbustavad kandevalgu sisenemist rakku koos glükoosiga. Naatriumioonid, mis sisenevad rakku koos glükoosiga, pumbatakse tagasi naatrium-kaalium-sõltuva ATPaasi poolt, mis säilitades naatriumikontsentratsiooni gradiendi, kaudselt kontrollib glükoosi transporti.

Ainete transport membraanpakendis. Suured biopolümeeride molekulid ei suuda praktiliselt läbi plasmalemma tungida ühegi ülalkirjeldatud ainete rakku transportimise mehhanismi abil. Need püütakse kinni raku poolt ja imenduvad membraanpakendisse, mida nimetatakse endotsütoos. Viimane jaguneb formaalselt fagotsütoosiks ja pinotsütoosiks. Tahkete osakeste omastamine raku poolt on fagotsütoos ja vedelik - pinotsütoos. Endotsütoosi ajal täheldatakse järgmisi etappe:

imendunud aine vastuvõtmine rakumembraani retseptorite tõttu;

membraani invaginatsioon koos mulli (vesiikuli) moodustumisega;

endotsüütilise vesiikuli eraldamine membraanist energiatarbimisega – fagosoomide moodustumine ja membraani terviklikkuse taastamine;

Fagosoomi sulandumine lüsosoomiga ja moodustumine fagolüsosoomid (seedetrakti vakuool) milles toimub imendunud osakeste seedimine;

fagolüsosoomi seedimata materjali eemaldamine rakust ( eksotsütoos).

Loomade maailmas endotsütoos on paljudele üherakulistele organismidele (näiteks amööbidele) iseloomulik toitumisviis ja mitmerakuliste organismide hulgas leidub seda tüüpi toiduosakeste seedimist koelenteraatide endodermaalsetes rakkudes. Imetajate ja inimeste puhul on neil retikulo-histio-endoteliaalne rakusüsteem, millel on võime endotsütoosiks. Näited hõlmavad vere leukotsüüte ja maksa Kupfferi rakke. Viimased ääristavad maksa nn sinusoidseid kapillaare ja püüavad kinni mitmesuguseid veres hõljuvaid võõrosakesi. Eksotsütoos- See on ka meetod, mille abil eemaldatakse paljurakulise organismi rakust tema poolt sekreteeritud substraat, mis on vajalik teiste rakkude, kudede ja elundite toimimiseks.

Rakumembraanil on piisavalt keeruline struktuur , mida saab vaadata elektronmikroskoobiga. Jämedalt öeldes koosneb see lipiidide (rasvade) kaksikkihist, millesse on erinevatesse kohtadesse põimitud erinevad peptiidid (valgud). Membraani kogupaksus on umbes 5-10 nm.

Rakumembraani üldine struktuur on universaalne kogu elumaailma jaoks. Loomade membraanid sisaldavad aga kolesterooli lisandeid, mis määravad nende jäikuse. Erinevused erinevate organismide kuningriikide membraanide vahel puudutavad peamiselt membraaniüleseid moodustisi (kihte). Nii et taimedes ja seentes on membraani kohal (väljaspool) rakusein. Taimedel koosneb see peamiselt tselluloosist ja seentes peamiselt kitiinist. Loomadel nimetatakse membraaniülest kihti glükokalüksiks.

Teine nimi rakumembraanile tsütoplasmaatiline membraan või plasmamembraan.

Rakumembraani struktuuri sügavam uurimine paljastab palju selle funktsioone, mis on seotud selle funktsioonidega.

Lipiidide kaksikkiht koosneb peamiselt fosfolipiididest. Need on rasvad, mille üks ots sisaldab ülejäänud osa fosforhape, millel on hüdrofiilsed omadused (st tõmbab ligi veemolekule). Fosfolipiidi teine ots on rasvhapete ahelad, millel on hüdrofoobsed omadused (need ei moodusta veega vesiniksidemeid).

Fosfolipiidmolekulid rakumembraanis on paigutatud kahte ritta nii, et nende hüdrofoobsed "otsad" on sees ja hüdrofiilsed "pead" väljastpoolt. Tulemuseks on üsna tugev struktuur, mis kaitseb raku sisu väliskeskkonna eest.

Valgu kandmised rakumembraanis jaotuvad ebaühtlaselt, lisaks on need liikuvad (kuna kaksikkihi fosfolipiididel on külgmine liikuvus). Alates XX sajandi 70ndatest hakkasid nad rääkima rakumembraani vedel-mosaiikne struktuur.

Sõltuvalt sellest, kuidas valk membraanis sisaldub, eristatakse kolme tüüpi valke: integraalsed, poolintegraalsed ja perifeersed. Integraalsed valgud läbivad kogu membraani paksust ja nende otsad ulatuvad mõlemalt poolt välja. Nad täidavad peamiselt transpordifunktsiooni. Poolintegraalsetes valkudes asub üks ots membraani paksuses ja teine läheb väljapoole (välis- või siseküljest). Täitke ensümaatilisi ja retseptori funktsioone. Perifeersed valgud paiknevad välimisel või sisepind membraanid.

Rakumembraani struktuursed omadused näitavad, et see on rakupinna kompleksi põhikomponent, kuid mitte ainus. Selle teised komponendid on membraaniülene kiht ja submembraanne kiht.

Glükokalüksi (loomade membraaniülene kiht) moodustavad oligosahhariidid ja polüsahhariidid, samuti perifeersed valgud ja integraalsete valkude väljaulatuvad osad. Glükokalüksi komponendid täidavad retseptori funktsiooni.

Loomarakkudes on lisaks glükokalüksile ka teisi membraaniüleseid moodustisi: lima, kitiin, perilemma (membraanitaoline).

Taimede ja seente supramembraanne struktuur on rakusein.

Raku submembraanne kiht on pindmine tsütoplasma (hüaloplasma) koos selles sisalduva raku tugi-kontraktiilse süsteemiga, mille fibrillid interakteeruvad rakumembraanis sisalduvate valkudega. Selliste molekulaarsete ühenduste kaudu edastatakse mitmesuguseid signaale.

Lahter– kudede ja elundite isereguleeruv struktuurne ja funktsionaalne üksus. Elundite ja kudede struktuuri rakuteooria töötasid välja Schleiden ja Schwann 1839. aastal. elektronmikroskoopia ja ultratsentrifuugimisega, oli võimalik määrata kõigi peamiste looma- ja taimerakkude organellide struktuur (joonis 1).

Riis. 1. Loomaraku ehituse skeem

Raku peamised osad on tsütoplasma ja tuum. Iga rakku ümbritseb väga õhuke membraan, mis piirab selle sisu.

Rakumembraani nimetatakse plasmamembraan ja seda iseloomustab selektiivne läbilaskvus. See omadus võimaldab olulisi toitaineid ja keemilised elemendid tungivad rakku ja liigsed tooted lahkuvad sellest. Plasmamembraan koosneb kahest lipiidimolekulide kihist, mis sisaldavad spetsiifilisi valke. Peamised membraani lipiidid on fosfolipiidid. Need sisaldavad fosforit, polaarpead ja kahte mittepolaarset pika ahelaga rasvhapete saba. Membraanlipiidide hulka kuuluvad kolesterool ja kolesterüülestrid. Vastavalt vedela mosaiikstruktuuri mudelile sisaldavad membraanid valgu- ja lipiidimolekule, mis võivad kaksikkihi suhtes seguneda. Iga membraanitüübi jaoks mis tahes loomarakk mida iseloomustab suhteliselt konstantne lipiidide koostis.

Membraanvalgud jagunevad nende struktuuri järgi kahte tüüpi: integraalsed ja perifeersed. Perifeerseid valke saab membraanist eemaldada ilma seda hävitamata. Membraanvalke on nelja tüüpi: transportvalgud, ensüümid, retseptorid ja struktuurvalgud. Mõnedel membraanivalkudel on ensümaatiline aktiivsus, teised seovad teatud aineid ja hõlbustavad nende transportimist rakku. Valgud pakuvad ainete liikumiseks läbi membraanide mitmeid teid: need moodustavad suuri poore, mis koosnevad mitmest valgu alaühikust, mis võimaldavad veemolekulidel ja ioonidel rakkude vahel liikuda; moodustavad ioonikanaleid, mis on spetsialiseerunud teatud tüüpi ioonide liikumiseks läbi membraani teatud tingimustel. Struktuursed valgud on seotud sisemise lipiidikihiga ja moodustavad raku tsütoskeleti. Tsütoskelett tagab mehaanilise tugevuse rakumembraan. Erinevates membraanides moodustavad valgud 20–80% massist. Membraanvalgud võivad külgtasandil vabalt liikuda.

Membraan sisaldab ka süsivesikuid, mis võivad olla kovalentselt seotud lipiidide või valkudega. Membraani süsivesikuid on kolme tüüpi: glükolipiidid (gangliosiidid), glükoproteiinid ja proteoglükaanid. Enamik membraani lipiide leidub vedel olek ja neil on teatav voolavus, s.t. võime liikuda ühest piirkonnast teise. Membraani välisküljel on retseptorkohad, mis seovad erinevaid hormoone. Teised membraani spetsiifilised piirkonnad ei suuda ära tunda ega siduda teatud valke ja erinevaid bioloogiliselt aktiivseid ühendeid, mis on neile rakkudele võõrad.

Raku siseruum on täidetud tsütoplasmaga, milles toimub enamik ensüümide poolt katalüüsitud raku ainevahetuse reaktsioone. Tsütoplasma koosneb kahest kihist: sisemisest, mida nimetatakse endoplasmaks, ja perifeersest, ektoplasmast, millel on kõrge viskoossus ja millel puuduvad graanulid. Tsütoplasma sisaldab kõiki raku või organelli komponente. Rakuorganellidest on olulisemad endoplasmaatiline retikulum, ribosoomid, mitokondrid, Golgi aparaat, lüsosoomid, mikrofilamendid ja mikrotuubulid, peroksisoomid.

Endoplasmaatiline retikulum on omavahel ühendatud kanalite ja õõnsuste süsteem, mis tungivad läbi kogu tsütoplasma. See tagab ainete transpordi keskkond ja rakkude sees. Endoplasmaatiline retikulum toimib ka rakusiseste Ca 2+ ioonide depoona ja toimib rakus lipiidide sünteesi peamise kohana.

Ribosoomid - mikroskoopilised sfäärilised osakesed läbimõõduga 10-25 nm. Ribosoomid paiknevad vabalt tsütoplasmas või kinnituvad endoplasmaatilise retikulumi ja tuumamembraani membraanide välispinnale. Nad interakteeruvad messenger- ja transpordi-RNA-ga ning neis toimub valgusüntees. Nad sünteesivad valke, mis sisenevad tsisternadesse või Golgi aparaati ja vabanevad seejärel väljast. Tsütoplasmas vabalt paiknevad ribosoomid sünteesivad valku, mida rakk ise kasutab, ja endoplasmaatilise retikulumiga seotud ribosoomid toodavad valku, mis eritub rakust. Ribosoomid sünteesivad erinevaid funktsionaalseid valke: kandevalke, ensüüme, retseptoreid, tsütoskeleti valke.

Golgi aparaat moodustub torukeste, tsisternide ja vesiikulite süsteemist. See on seotud endoplasmaatilise retikulumiga ja siia sisenevad bioloogiliselt aktiivsed ained säilitatakse tihendatud kujul sekretoorsetes vesiikulites. Viimased eraldatakse pidevalt Golgi aparaadist, transporditakse rakumembraanile ja ühinevad sellega ning vesiikulites sisalduvad ained eemaldatakse rakust eksotsütoosi käigus.

Lüsosoomid - membraaniga ümbritsetud osakesed mõõtmetega 0,25-0,8 mikronit. Need sisaldavad arvukalt ensüüme, mis osalevad valkude, polüsahhariidide, rasvade, nukleiinhapete, bakterite ja rakkude lagunemisel.

Peroksisoomid moodustatud siledast endoplasmaatiline retikulum, meenutavad lüsosoome ja sisaldavad ensüüme, mis katalüüsivad vesinikperoksiidi lagunemist, mis laguneb peroksidaaside ja katalaasi toimel.

Mitokondrid sisaldavad välis- ja sisemembraane ning on raku "energiajaam". Mitokondrid on ümmargused või piklikud topeltmembraaniga struktuurid. Sisemembraan moodustab mitokondritesse ulatuvad voldid - cristae. Neis toimub ATP süntees, Krebsi tsükli substraatide oksüdatsioon ja palju biokeemilisi reaktsioone. Moodustunud mitokondrites ATP molekulid difundeeruda raku kõikidesse osadesse. Mitokondrid sisaldavad vähesel määral DNA-d, RNA-d ja ribosoome ning nende osalusel toimub uute mitokondrite uuenemine ja süntees.

Mikrokiud Need on õhukesed valgufilamendid, mis koosnevad müosiinist ja aktiinist ning moodustavad raku kontraktiilse aparatuuri. Mikrokiud osalevad rakumembraani voltide või eendite moodustamises, samuti erinevate struktuuride liikumises rakkude sees.

Mikrotuubulid moodustavad tsütoskeleti aluse ja annavad selle tugevuse. Tsütoskelett annab rakkudele nende iseloomuliku välimuse ja kuju ning toimib rakusiseste organellide ja erinevate kehade kinnituskohana. IN närvirakud mikrotuubulite kimbud osalevad ainete transportimisel rakukehast aksonite otstesse. Nende osalusel toimib mitootiline spindel raku jagunemise ajal. Nad mängivad motoorsete elementide rolli eukarüootide villides ja lipudes.

Tuum on raku põhistruktuur, osaleb pärilike tunnuste edasikandumises ja valkude sünteesis. Tuum on ümbritsetud tuumamembraaniga, mis sisaldab palju tuumapoore, mille kaudu toimub tuuma ja tsütoplasma vahel erinevate ainete vahetus. Selle sees on tuum. Tuumakese oluline roll ribosomaalse RNA ja histooni valkude sünteesis on kindlaks tehtud. Ülejäänud tuumaosad sisaldavad kromatiini, mis koosneb DNA-st, RNA-st ja paljudest spetsiifilistest valkudest.

Rakumembraani funktsioonid

Rakumembraanidel on oluline roll rakusisese ja rakkudevahelise metabolismi reguleerimisel. Neil on selektiivne läbilaskvus. Nende spetsiifiline struktuur võimaldab neil pakkuda tõkke-, transpordi- ja reguleerimisfunktsioone.

Barjääri funktsioon väljendub vees lahustunud ühendite läbi membraani tungimise piiramises. Membraan ei lase läbi suuri valgumolekule ja orgaanilisi anioone.

Reguleeriv funktsioon membraanide eesmärk on reguleerida rakusisest ainevahetust vastusena keemilistele, bioloogilistele ja mehaanilistele mõjudele. Spetsiaalsed membraaniretseptorid tajuvad mitmesuguseid mõjusid, millele järgneb ensüümi aktiivsuse muutus.

Transpordifunktsioon läbi bioloogiliste membraanide saab läbi viia passiivselt (difusioon, filtreerimine, osmoos) või kasutades aktiivset transporti.

Difusioon - gaasi või lahustuva aine liikumine mööda kontsentratsiooni ja elektrokeemilist gradienti. Difusioonikiirus sõltub rakumembraani läbilaskvusest, samuti laenguta osakeste kontsentratsioonigradiendist ning laetud osakeste elektrilisest ja kontsentratsioonigradiendist. Lihtne difusioon toimub lipiidide kaksikkihi või kanalite kaudu. Laetud osakesed liiguvad elektrokeemilise gradiendi järgi ja laenguta osakesed keemilise gradiendi järgi. Näiteks hapnik, steroidhormoonid, uurea, alkohol jne tungivad läbi membraani lipiidkihi lihtsa difusiooni teel. Läbi kanalite liiguvad erinevad ioonid ja osakesed. Ioonkanalid moodustuvad valkudest ja need jagunevad väravatega ja väravata kanaliteks. Sõltuvalt selektiivsusest eristatakse ioonselektiivseid kaableid, mis lasevad läbi ainult ühe iooni, ja kanaleid, millel puudub selektiivsus. Kanalitel on ava ja selektiivne filter ning juhitavatel kanalitel on väravamehhanism.

hõlbustatud difusioon - protsess, mille käigus transporditakse aineid läbi membraani spetsiaalsete membraanitransportvalkude abil. Nii tungivad aminohapped ja monosahhariidid rakku. Seda tüüpi transport toimub väga kiiresti.

Osmoos - vee liikumine läbi membraani madalama osmootse rõhuga lahusest kõrgema osmootse rõhuga lahusesse.

Aktiivne transport - ainete transport kontsentratsioonigradienti vastu, kasutades transpordi-ATPAase (ioonpumpasid). See ülekanne toimub energia kulutamisel.

Suuremal määral on uuritud Na + /K + -, Ca 2+ - ja H + -pumpasid. Pumbad asuvad rakumembraanidel.

Aktiivne transport on endotsütoos Ja eksotsütoos. Nende mehhanismide abil saavad suuremad ained (valgud, polüsahhariidid, nukleiinhapped), mida ei saa kanalite kaudu transportida. Seda transporti esineb sagedamini sooleepiteelirakkudes, neerutuubulites ja veresoonte endoteelis.

Kell Endotsütoosi korral moodustavad rakumembraanid rakku invaginatsioonid, mis vabanemisel muutuvad vesiikuliteks. Eksotsütoosi käigus kanduvad vesiikulid koos sisuga rakumembraanile ja ühinevad sellega ning vesiikulite sisu vabaneb rakuvälisesse keskkonda.

Rakumembraani ehitus ja funktsioonid

Et mõista eksistentsi tagavaid protsesse elektrilised potentsiaalid elusrakkudes peate esiteks ette kujutama rakumembraani struktuuri ja selle omadusi.

Praegu on kõige laialdasemalt aktsepteeritud membraani vedelmosaiikmudel, mille pakkusid välja S. Singer ja G. Nicholson 1972. aastal. Membraan põhineb kahekordsel fosfolipiidide kihil (kakskiht), mille molekuli hüdrofoobsed fragmendid on sukeldatud membraani paksusesse ja polaarsed hüdrofiilsed rühmad on suunatud väljapoole, need. ümbritsevasse veekeskkonda (joonis 2).

Membraanvalgud paiknevad membraani pinnal või võivad olla hüdrofoobses tsoonis erineva sügavusega. Mõned valgud ulatuvad üle membraani ja sama valgu erinevad hüdrofiilsed rühmad asuvad rakumembraani mõlemal küljel. Väga olulist rolli mängivad plasmamembraanis leiduvad valgud oluline roll: nad osalevad ioonkanalite moodustamises, täidavad membraanpumpade ja transporterite rolli erinevaid aineid ja võib täita ka retseptori funktsiooni.

Rakumembraani põhifunktsioonid: barjäär, transport, reguleeriv, katalüütiline.

Barjäärifunktsiooniks on piirata vees lahustuvate ühendite difusiooni läbi membraani, mis on vajalik rakkude kaitsmiseks võõrkehade toksiliste ainete eest ning erinevate ainete suhteliselt püsiva sisalduse hoidmiseks rakkude sees. Seega võib rakumembraan aeglustada erinevate ainete difusiooni 100 000-10 000 000 korda.

Riis. 2. Singer-Nicholsoni membraani vedelik-mosaiikmudeli kolmemõõtmeline diagramm

Kujutatud on globulaarsed integraalsed valgud, mis on põimitud lipiidide kaksikkihti. Mõned valgud on ioonkanalid, teised (glükoproteiinid) sisaldavad oligosahhariidide kõrvalahelaid, mis on seotud rakkude äratundmisega üksteisest ja rakkudevahelises koes. Kolesterooli molekulid külgnevad tihedalt fosfolipiidide peadega ja fikseerivad "sabade" külgnevad osad. Fosfolipiidmolekuli sabade sisemised osad ei ole oma liikumises piiratud ja vastutavad membraani voolavuse eest (Bretscher, 1985).

Membraan sisaldab kanaleid, mille kaudu ioonid tungivad. Kanalid võivad olla pingest sõltuvad või potentsiaalist sõltumatud. Pingest sõltuvad kanalid avatud, kui potentsiaalide erinevus muutub, ja potentsiaalne sõltumatu(hormoonreguleeritud) avanevad, kui retseptorid interakteeruvad ainetega. Kanaleid saab avada või sulgeda tänu väravatele. Membraanisse on sisse ehitatud kahte tüüpi väravaid: aktiveerimine(sügaval kanalis) ja inaktiveerimine(kanali pinnal). Värav võib olla ühes kolmest olekust:

avatud olek (mõlemat tüüpi väravad on avatud);
suletud olek (aktiveerimisvärav suletud);
inaktiveerimise olek (inaktiveerimisvärav suletud).

Teine membraanidele iseloomulik tunnus on võime selektiivselt transportida anorgaanilisi ioone, toitaineid ja erinevaid ainevahetusprodukte. On olemas passiivse ja aktiivse ainete ülekande (transpordi) süsteemid. Passiivne transport toimub ioonikanalite kaudu kandevalkude abiga või ilma ning selle liikumapanev jõud on ioonide elektrokeemiliste potentsiaalide erinevus rakusisese ja ekstratsellulaarse ruumi vahel. Ioonikanalite selektiivsuse määravad selle geomeetrilised parameetrid ja keemiline olemus kanali ja selle suudme seinu vooderdavad rühmad.

Praegu on kõige paremini uuritud kanalid, mis on selektiivselt läbivad Na +, K +, Ca 2+ ioone ja ka vett (nn akvaporiinid). Ioonikanalite läbimõõt on erinevate uuringute kohaselt 0,5-0,7 nm. Kanali läbilaskevõime võib muutuda 10 7 - 10 8 iooni sekundis;

Aktiivne transport toimub energiakuluga ja seda teostavad nn ioonpumbad. Ioonpumbad on membraani sisseehitatud molekulaarsed valgustruktuurid, mis transpordivad ioone kõrgema elektrokeemilise potentsiaali suunas.

Pumbad töötavad ATP hüdrolüüsi energiat kasutades. Hetkel Na+/K+ - ATPaas, Ca 2+ - ATPaas, H + - ATPaas, H + /K + - ATPaas, Mg 2+ - ATPaas, mis tagavad vastavalt Na +, K +, Ca 2+ ioonide liikumise. , on hästi uuritud , H+, Mg2+ isoleeritud või konjugeeritud (Na+ ja K+; H+ ja K+). Aktiivse transpordi molekulaarne mehhanism pole täielikult teada.

hulgas Eristada saab rakumembraani põhifunktsioone: barjäär, transport, ensümaatiline ja retseptor. Rakuline (bioloogiline) membraan (tuntud ka kui plasmalemma, plasma- või tsütoplasmaatiline membraan) kaitseb raku sisu või selle organelle keskkonna eest, tagab selektiivse läbilaskvuse ainetele, sellel paiknevad ensüümid, aga ka molekulid, mis suudavad “püüda” erinevaid keemilisi ja füüsikalisi signaale.

Selle funktsionaalsuse tagab rakumembraani eriline struktuur.

Elu arengus Maal sai rakk üldjuhul tekkida alles pärast membraani tekkimist, mis eraldas ja stabiliseeris sisemise sisu ning takistas selle lagunemist.

Homöostaasi säilitamise osas (suhtelise püsivuse iseregulatsioon sisekeskkond) rakumembraani barjäärfunktsioon on tihedalt seotud transpordiga.

Väikesed molekulid on võimelised plasmalemmast läbima ilma abistajateta piki kontsentratsioonigradienti, st piirkonnast, kus on kõrge kontsentratsioon sellest ainest madala kontsentratsiooniga piirkonda. Nii on see näiteks hingamisel osalevate gaaside puhul. Hapnik ja süsihappegaas hajuvad läbi rakumembraani selles suunas, kus nende kontsentratsioon on hetkel väiksem.

Kuna membraan on enamasti hüdrofoobne (lipiidide kaksikkihi tõttu), ei suuda polaarsed (hüdrofiilsed) molekulid, isegi väikesed, sageli sellest läbi tungida. Seetõttu toimivad mitmed membraanivalgud selliste molekulide kandjatena, seostuvad nendega ja transpordivad neid läbi plasmalemma.

Integraalsed (membraani läbivad) valgud toimivad sageli kanalite avamise ja sulgemise põhimõttel. Kui mis tahes molekul läheneb sellisele valgule, ühineb see sellega ja kanal avaneb. See või mõni muu aine läbib valgukanalit, misjärel selle konformatsioon muutub ja kanal sulgub sellele ainele, kuid võib avaneda, et võimaldada teise läbipääsu. See töötab sellel põhimõttel naatrium-kaaliumpump, pumbates rakku kaaliumiioone ja pumbates sealt välja naatriumioone.

Rakumembraani ensümaatiline funktsioon suuremal määral realiseeritud rakuorganellide membraanidel. Enamik rakus sünteesitud valke täidab ensümaatilist funktsiooni. Membraanil kindlas järjekorras “istudes” korraldavad nad konveieri, kui ühe ensüümi valgu poolt katalüüsitav reaktsiooniprodukt liigub edasi järgmisele. Seda "konveierit" stabiliseerivad plasmalemma pinnavalgud.

Vaatamata kõigi bioloogiliste membraanide struktuuri universaalsusele (need on ehitatud ühe põhimõtte järgi, on need peaaegu identsed kõigis organismides ja erinevates membraanides rakulised struktuurid), nende keemiline koostis võib ikka erineda. On vedelamaid ja tahkemaid, mõnes on teatud valke rohkem, teises vähem. Lisaks erinevad need erinevad küljed(sisemine ja välimine) samast membraanist.

Väljastpoolt rakku ümbritseval (tsütoplasmaatilisel) membraanil on palju süsivesikute ahelaid, mis on seotud lipiidide või valkudega (mille tulemuseks on glükolipiidide ja glükoproteiinide moodustumine). Paljud neist süsivesikutest teenivad retseptori funktsioon, olles vastuvõtlik teatud hormoonidele, tuvastades muutusi füüsikalistes ja keemilistes näitajates keskkonnas.

Kui näiteks hormoon ühendub oma rakulise retseptoriga, siis retseptori molekuli süsivesikute osa muudab oma struktuuri, millele järgneb membraani tungiva seotud valguosa struktuuri muutus. Järgmises etapis käivituvad või peatatakse rakus mitmesugused biokeemilised reaktsioonid, st muutub selle ainevahetus ja algab raku reaktsioon “stiimulile”.

Lisaks loetletud neljale rakumembraani funktsioonile eristatakse ka teisi: maatriks, energia, markeering, rakkudevaheliste kontaktide teke jne. Neid võib aga käsitleda juba käsitletute “alafunktsioonidena”.