Apakah molekul yang membentuk membran sel? Mekanisme biologi yang melibatkan membran sel

Antara Fungsi utama membran sel boleh dibezakan sebagai penghalang, pengangkutan, enzimatik dan reseptor. Membran sel (biologi) (aka plasmalemma, plasmatik atau membran sitoplasma) melindungi kandungan sel atau organelnya daripada persekitaran, menyediakan kebolehtelapan terpilih untuk bahan, enzim terletak di atasnya, serta molekul yang boleh "menangkap" pelbagai isyarat kimia dan fizikal.

Fungsi ini disediakan oleh struktur khas membran sel.

Dalam evolusi kehidupan di Bumi, sel secara amnya boleh terbentuk hanya selepas penampilan membran yang memisahkan dan menstabilkan kandungan dalaman, menghalangnya daripada hancur.

Dari segi mengekalkan homeostasis (kawal selia kestabilan relatif persekitaran dalaman) fungsi penghalang membran sel berkait rapat dengan pengangkutan.

Molekul kecil mampu melalui plasmalemma tanpa sebarang "pembantu", sepanjang kecerunan kepekatan, iaitu dari kawasan dengan kepekatan tinggi bahan tertentu ke kawasan dengan kepekatan rendah. Ini adalah kes, sebagai contoh, untuk gas yang terlibat dalam pernafasan. Oksigen dan karbon dioksida meresap melalui membran sel ke arah kepekatannya pada masa ini lebih rendah.

Oleh kerana membran kebanyakannya hidrofobik (disebabkan oleh lapisan lipid berganda), molekul polar (hidrofilik), walaupun yang kecil, selalunya tidak dapat menembusinya. Oleh itu, beberapa protein membran bertindak sebagai pembawa molekul tersebut, mengikatnya dan mengangkutnya melalui plasmalemma.

Protein integral (menembusi membran) selalunya beroperasi pada prinsip membuka dan menutup saluran. Apabila molekul mendekati protein sedemikian, ia bersambung dengannya, dan saluran terbuka. Bahan ini atau bahan lain melalui saluran protein, selepas itu perubahan bentuknya, dan saluran ditutup untuk bahan ini, tetapi mungkin terbuka untuk laluan yang lain. Pam natrium-kalium berfungsi mengikut prinsip ini, mengepam ion kalium ke dalam sel dan mengepam ion natrium keluar daripadanya.

Fungsi enzimatik membran sel ke tahap yang lebih besar dilaksanakan pada membran organel sel. Kebanyakan protein yang disintesis dalam sel melakukan fungsi enzimatik. Duduk di atas membran dalam susunan tertentu, mereka menyusun penghantar apabila produk tindak balas yang dimangkin oleh satu protein enzim berpindah ke yang seterusnya. "Saluran paip" sedemikian menstabilkan protein permukaan plasmalemma.

Walaupun kesejagatan struktur semua membran biologi (ia dibina mengikut satu prinsip, ia hampir sama dalam semua organisma dan dalam struktur sel membran yang berbeza), komposisi kimianya mungkin masih berbeza. Terdapat lebih banyak cecair dan lebih pepejal, ada yang mempunyai lebih banyak protein tertentu, yang lain kurang. Di samping itu, sisi yang berbeza (dalam dan luar) membran yang sama juga berbeza.

Membran yang mengelilingi sel (sitoplasma) di bahagian luar mempunyai banyak rantai karbohidrat yang melekat pada lipid atau protein (akibatnya, glikolipid dan glikoprotein terbentuk). Banyak karbohidrat ini fungsi reseptor, terdedah kepada hormon tertentu, menangkap perubahan dalam penunjuk fizikal dan kimia dalam persekitaran.

Jika, sebagai contoh, hormon mengikat reseptor selularnya, maka bahagian karbohidrat molekul reseptor mengubah strukturnya, diikuti dengan perubahan dalam struktur bahagian protein yang berkaitan yang menembusi membran. Pada peringkat seterusnya, pelbagai tindak balas biokimia dimulakan atau dihentikan dalam sel, iaitu, metabolismenya berubah, dan tindak balas selular terhadap "perengsa" bermula.

Sebagai tambahan kepada empat fungsi membran sel yang disenaraikan, yang lain dibezakan: matriks, tenaga, penandaan, pembentukan hubungan antara sel, dll. Walau bagaimanapun, ia boleh dianggap sebagai "subfungsi" yang telah dipertimbangkan.

membran sel

Imej membran sel. Bola biru dan putih kecil sepadan dengan "kepala" hidrofobik fosfolipid, dan garisan yang melekat padanya sepadan dengan "ekor" hidrofilik. Rajah menunjukkan hanya protein membran integral (globul merah dan heliks kuning). Titik bujur kuning di dalam membran - molekul kolesterol Rantaian manik kuning-hijau di luar membran - rantai oligosakarida yang membentuk glikokaliks

Membran biologi juga termasuk pelbagai protein: integral (menembusi membran melalui), separa integral (direndam pada satu hujung ke dalam lapisan lipid luar atau dalam), permukaan (terletak di bahagian luar atau bersebelahan dengan bahagian dalam membran). Sesetengah protein ialah titik sentuhan membran sel dengan sitoskeleton di dalam sel, dan dinding sel (jika ada) di luar. Beberapa protein integral berfungsi sebagai saluran ion, pelbagai pengangkut, dan reseptor.

Fungsi

halangan - menyediakan metabolisme terkawal, selektif, pasif dan aktif dengan persekitaran. Sebagai contoh, membran peroksisom melindungi sitoplasma daripada peroksida yang berbahaya kepada sel. Kebolehtelapan terpilih bermaksud kebolehtelapan membran kepada pelbagai atom atau molekul bergantung pada saiz, cas elektrik dan sifat kimianya. Kebolehtelapan terpilih memastikan pemisahan sel dan petak selular daripada persekitaran dan membekalkannya dengan bahan yang diperlukan.
pengangkutan - melalui membran terdapat pengangkutan bahan ke dalam sel dan keluar dari sel. Pengangkutan melalui membran menyediakan: penghantaran nutrien, penyingkiran produk akhir metabolisme, rembesan pelbagai bahan, penciptaan kecerunan ionik, pengekalan kepekatan optimum ion dalam sel, yang diperlukan untuk berfungsi enzim selular.
Zarah yang atas sebab tertentu tidak dapat melintasi dwilapisan fosfolipid (contohnya, disebabkan oleh sifat hidrofilik, kerana membran hidrofobik di dalam dan tidak membenarkan bahan hidrofilik melaluinya, atau kerana saiznya yang besar), tetapi perlu untuk sel , boleh menembusi membran melalui protein pembawa khas (pengangkut) dan protein saluran atau melalui endositosis.
Dalam pengangkutan pasif, bahan melintasi dwilapisan lipid tanpa perbelanjaan tenaga sepanjang kecerunan kepekatan secara resapan. Varian mekanisme ini dipermudahkan resapan, di mana molekul tertentu membantu bahan melalui membran. Molekul ini mungkin mempunyai saluran yang membenarkan hanya satu jenis bahan melaluinya.
Pengangkutan aktif memerlukan tenaga, kerana ia berlaku terhadap kecerunan kepekatan. Terdapat protein pam khas pada membran, termasuk ATPase, yang secara aktif mengepam ion kalium (K +) ke dalam sel dan mengepam ion natrium (Na +) keluar daripadanya.
matriks - menyediakan kedudukan relatif tertentu dan orientasi protein membran, interaksi optimum mereka.
mekanikal - memastikan autonomi sel, struktur intraselularnya, serta sambungan dengan sel lain (dalam tisu). Dinding sel memainkan peranan penting dalam menyediakan fungsi mekanikal, dan pada haiwan - bahan antara sel.
tenaga - semasa fotosintesis dalam kloroplas dan respirasi selular dalam mitokondria, sistem pemindahan tenaga beroperasi dalam membran mereka, di mana protein juga mengambil bahagian;
reseptor - beberapa protein yang terletak di dalam membran adalah reseptor (molekul yang mana sel menerima isyarat tertentu).
Sebagai contoh, hormon yang beredar dalam darah hanya bertindak pada sel sasaran yang mempunyai reseptor yang sepadan dengan hormon ini. Neurotransmitter (bahan kimia yang menghantar impuls saraf) juga mengikat kepada protein reseptor tertentu pada sel sasaran.
enzimatik - protein membran selalunya enzim. Sebagai contoh, membran plasma sel epitelium usus mengandungi enzim pencernaan.
pelaksanaan penjanaan dan pengaliran potensi bio.
Dengan bantuan membran, kepekatan ion yang berterusan dikekalkan di dalam sel: kepekatan ion K + di dalam sel jauh lebih tinggi daripada di luar, dan kepekatan Na + jauh lebih rendah, yang sangat penting, kerana ini mengekalkan perbezaan potensi merentas membran dan menjana impuls saraf.
penandaan sel - terdapat antigen pada membran yang bertindak sebagai penanda - "label" yang membolehkan sel dikenal pasti. Ini adalah glikoprotein (iaitu, protein dengan rantai sisi oligosakarida bercabang yang melekat padanya) yang memainkan peranan sebagai "antena". Oleh kerana pelbagai konfigurasi rantai sisi, adalah mungkin untuk membuat penanda khusus untuk setiap jenis sel. Dengan bantuan penanda, sel boleh mengenali sel lain dan bertindak bersamanya, contohnya, apabila membentuk organ dan tisu. Ia juga membolehkan sistem imun mengenali antigen asing.

Struktur dan komposisi biomembran

Membran terdiri daripada tiga kelas lipid: fosfolipid, glikolipid, dan kolesterol. Fosfolipid dan glikolipid (lipid dengan karbohidrat melekat padanya) terdiri daripada dua "ekor" hidrokarbon hidrofobik panjang yang dikaitkan dengan "kepala" hidrofilik bercas. Kolesterol mengeraskan membran dengan menduduki ruang bebas antara ekor lipid hidrofobik dan menghalangnya daripada membengkok. Oleh itu, membran yang mempunyai kandungan kolesterol rendah lebih fleksibel, manakala yang mempunyai kandungan kolesterol tinggi lebih tegar dan rapuh. Kolesterol juga berfungsi sebagai "penyumbat" yang menghalang pergerakan molekul polar dari dan ke dalam sel. Bahagian penting membran terdiri daripada protein yang menembusinya dan bertanggungjawab untuk pelbagai sifat membran. Komposisi dan orientasi mereka dalam membran yang berbeza berbeza.

Membran sel selalunya tidak simetri, iaitu, lapisan berbeza dalam komposisi lipid, peralihan molekul individu dari satu lapisan ke lapisan lain (apa yang dipanggil flip flop) adalah sukar.

Organel membran

Ini adalah bahagian tunggal atau saling berkait sitoplasma yang tertutup, dipisahkan daripada hyaloplasma oleh membran. Organel membran tunggal termasuk retikulum endoplasma, radas Golgi, lisosom, vakuol, peroksisom; kepada dua membran - nukleus, mitokondria, plastid. Struktur membran pelbagai organel berbeza dalam komposisi lipid dan protein membran.

Kebolehtelapan terpilih

Membran sel mempunyai kebolehtelapan terpilih: glukosa, asid amino, asid lemak, gliserol dan ion perlahan-lahan meresap melaluinya, dan membran itu sendiri secara aktif mengawal proses ini ke tahap tertentu - sesetengah bahan melepasi, sementara yang lain tidak. Terdapat empat mekanisme utama untuk kemasukan bahan ke dalam sel atau penyingkirannya dari sel ke luar: resapan, osmosis, pengangkutan aktif dan exo- atau endositosis. Dua proses pertama adalah bersifat pasif, iaitu, ia tidak memerlukan tenaga; dua yang terakhir ialah proses aktif yang berkaitan dengan penggunaan tenaga.

Kebolehtelapan terpilih membran semasa pengangkutan pasif adalah disebabkan oleh saluran khas - protein integral. Mereka menembusi membran melalui dan melalui, membentuk sejenis laluan. Unsur K, Na dan Cl mempunyai salurannya sendiri. Berkenaan dengan kecerunan kepekatan, molekul unsur-unsur ini bergerak masuk dan keluar dari sel. Apabila jengkel, saluran ion natrium terbuka, dan terdapat kemasukan mendadak ion natrium ke dalam sel. Ini mengakibatkan ketidakseimbangan dalam potensi membran. Selepas itu, potensi membran dipulihkan. Saluran kalium sentiasa terbuka, melaluinya ion kalium perlahan-lahan memasuki sel.

lihat juga

kesusasteraan

Antonov V. F., Smirnova E. N., Shevchenko E. V. Membran lipid semasa peralihan fasa. - M .: Nauka, 1994.
Gennis R. Biomembran. Struktur dan fungsi molekul: terjemahan daripada bahasa Inggeris. = Biomembran. Struktur dan fungsi molekul (oleh Robert B. Gennis). - edisi pertama. - M .: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
Ivanov V. G., Berestovsky T. N. lipid dwilapisan membran biologi. - M .: Nauka, 1982.
Rubin A. B. Biofizik, buku teks dalam 2 jilid. - Edisi ke-3, disemak dan dikembangkan. - M .: Moscow University Press, 2004. -

Membran adalah sangat likat dan pada masa yang sama struktur plastik yang mengelilingi semua sel hidup. Fungsi membran sel:

1. Membran plasma ialah penghalang yang mengekalkan komposisi berbeza bagi persekitaran ekstra dan intrasel.

2. Membran membentuk petak khusus di dalam sel, i.e. banyak organel - mitokondria, lisosom, kompleks Golgi, retikulum endoplasma, membran nuklear.

3. Enzim yang terlibat dalam penukaran tenaga dalam proses seperti fosforilasi oksidatif dan fotosintesis disetempat dalam membran.

Struktur dan komposisi membran

Asas membran adalah dwilapisan lipid, dalam pembentukan yang mana fosfolipid dan glikolipid mengambil bahagian. Dwilapisan lipid dibentuk oleh dua baris lipid, radikal hidrofobik yang tersembunyi di dalam, dan kumpulan hidrofilik dipusingkan ke luar dan bersentuhan dengan medium akueus. Molekul protein nampaknya "larut" dalam dwilapisan lipid.

Struktur lipid membran

Lipid membran adalah molekul amphiphilic, kerana molekul mempunyai kedua-dua kawasan hidrofilik (kepala kutub) dan kawasan hidrofobik, diwakili oleh radikal hidrokarbon asid lemak, secara spontan membentuk dwilapisan. Terdapat tiga jenis lipid utama dalam membran: fosfolipid, glikolipid, dan kolesterol.

Komposisi lipid adalah berbeza. Kandungan satu atau lain lipid, nampaknya, ditentukan oleh pelbagai fungsi yang dilakukan oleh lipid ini dalam membran.

Fosfolipid. Semua fosfolipid boleh dibahagikan kepada dua kumpulan - glycerophospholipids dan sphingophospholipids. Glycerophospholipids dikelaskan sebagai derivatif asid fosfatidik. Gliserofosfolipid yang paling biasa ialah fosfatidilkolin dan fosfatidiltanolamin. Sphingophospholipids adalah berdasarkan sphingosine alkohol amino.

Glikolipid. Dalam glikolipid, bahagian hidrofobik diwakili oleh seramida alkohol, dan bahagian hidrofilik diwakili oleh sisa karbohidrat. Bergantung pada panjang dan struktur bahagian karbohidrat, cerebrosides dan gangliosides dibezakan. "Kepala" polar glikolipid terletak pada permukaan luar membran plasma.

Kolesterol (CS). CS terdapat dalam semua membran sel haiwan. Molekulnya terdiri daripada teras hidrofobik tegar dan rantai hidrokarbon yang fleksibel. Satu-satunya kumpulan hidroksil pada kedudukan 3 ialah "kepala kutub". Bagi sel haiwan, nisbah molar purata kolesterol / fosfolipid ialah 0.3-0.4, tetapi dalam membran plasma nisbah ini jauh lebih tinggi (0.8-0.9). Kehadiran kolesterol dalam membran mengurangkan mobiliti asid lemak, mengurangkan resapan sisi lipid, dan oleh itu boleh menjejaskan fungsi protein membran.

Sifat Membran:

1. Kebolehtelapan terpilih. Dwilapisan tertutup menyediakan salah satu sifat utama membran: ia tidak telap kepada kebanyakan molekul larut air, kerana ia tidak larut dalam teras hidrofobiknya. Gas seperti oksigen, CO 2 dan nitrogen mempunyai keupayaan untuk mudah menembusi ke dalam sel kerana saiz molekul yang kecil dan interaksi yang lemah dengan pelarut. Juga, molekul yang bersifat lipid, contohnya, hormon steroid, mudah menembusi melalui dwilapisan.

2. Kecairan. Membran dicirikan oleh kecairan (fluidity), keupayaan lipid dan protein untuk bergerak. Dua jenis pergerakan fosfolipid mungkin: jungkir balik (dipanggil "flip-flop" dalam kesusasteraan saintifik) dan resapan sisi. Dalam kes pertama, molekul fosfolipid yang bertentangan antara satu sama lain dalam lapisan bimolekul bertukar (atau jungkir balik) ke arah satu sama lain dan menukar tempat dalam membran, i.e. luar menjadi dalam dan begitu juga sebaliknya. Lompatan sedemikian dikaitkan dengan perbelanjaan tenaga. Lebih kerap, putaran di sekeliling paksi (putaran) dan resapan sisi diperhatikan - pergerakan dalam lapisan selari dengan permukaan membran. Kelajuan pergerakan molekul bergantung kepada mikroviskositi membran, yang, seterusnya, ditentukan oleh kandungan relatif asid lemak tepu dan tak tepu dalam komposisi lipid. Kelikatan mikro lebih rendah jika asid lemak tak tepu mendominasi dalam komposisi lipid, dan lebih tinggi jika kandungan asid lemak tepu tinggi.

3. Asimetri membran. Permukaan membran yang sama berbeza dalam komposisi lipid, protein dan karbohidrat (asimetri melintang). Sebagai contoh, phosphatidylcholines mendominasi dalam lapisan luar, manakala phosphatidylethanolamines dan phosphatidylserines mendominasi dalam lapisan dalam. Komponen karbohidrat glikoprotein dan glikolipid datang ke permukaan luar, membentuk kantung berterusan yang dipanggil glycocalyx. Tiada karbohidrat pada permukaan dalam. Protein - reseptor hormon terletak di permukaan luar membran plasma, dan enzim yang dikawal olehnya - adenylate cyclase, phospholipase C - di bahagian dalam, dsb.

Protein membran

Fosfolipid membran bertindak sebagai pelarut untuk protein membran, mewujudkan persekitaran mikro di mana ia boleh berfungsi. Protein menyumbang 30 hingga 70% daripada jisim membran. Bilangan protein yang berbeza dalam membran berbeza dari 6-8 dalam retikulum sarcoplasmic hingga lebih daripada 100 dalam membran plasma. Ini adalah enzim, protein pengangkutan, protein struktur, antigen, termasuk antigen sistem histokompatibiliti utama, reseptor untuk pelbagai molekul.

Dengan penyetempatan dalam membran, protein dibahagikan kepada integral (sebahagian atau sepenuhnya direndam dalam membran) dan persisian (terletak pada permukaannya). Beberapa protein integral melintasi membran sekali (glikoforin), sementara yang lain melintasi membran berkali-kali. Sebagai contoh, fotoreseptor retina dan reseptor β 2-adrenergik melintasi dwilapisan sebanyak 7 kali.

Protein periferi dan domain protein integral yang terletak pada permukaan luar semua membran hampir selalu terglikosilasi. Sisa oligosakarida melindungi protein daripada proteolisis dan juga terlibat dalam pengecaman atau lekatan ligan.

Sitoplasma- bahagian wajib sel, tertutup di antara membran plasma dan nukleus; Ia dibahagikan kepada hyaloplasma (bahan utama sitoplasma), organel (komponen kekal sitoplasma) dan kemasukan (komponen sementara sitoplasma). Komposisi kimia sitoplasma: asasnya adalah air (60-90% daripada jumlah jisim sitoplasma), pelbagai sebatian organik dan bukan organik. Sitoplasma adalah alkali. Ciri ciri sitoplasma sel eukariotik ialah pergerakan berterusan ( siklikosis). Ia dikesan terutamanya oleh pergerakan organel sel, seperti kloroplas. Jika pergerakan sitoplasma berhenti, sel mati, kerana hanya dalam gerakan berterusan ia boleh melaksanakan fungsinya.

Hyaloplasma ( sitosol) ialah larutan koloid tidak berwarna, berlendir, tebal dan lutsinar. Di dalamnya semua proses metabolik berlaku, ia menyediakan hubungan antara nukleus dan semua organel. Bergantung pada dominasi bahagian cecair atau molekul besar dalam hyaloplasma, dua bentuk hyaloplasma dibezakan: sol- lebih banyak hialoplasma cecair dan gel- hyaloplasma lebih padat. Peralihan bersama adalah mungkin di antara mereka: gel berubah menjadi sol dan sebaliknya.

Fungsi sitoplasma:

penyepaduan semua komponen sel ke dalam satu sistem,
persekitaran untuk laluan banyak proses biokimia dan fisiologi,
persekitaran untuk kewujudan dan fungsi organel.

Dinding sel

Dinding sel hadkan sel eukariotik. Sekurang-kurangnya dua lapisan boleh dibezakan dalam setiap membran sel. Lapisan dalam bersebelahan dengan sitoplasma dan diwakili oleh membran plasma(sinonim - plasmalemma, membran sel, membran sitoplasma), di mana lapisan luar terbentuk. Dalam sel haiwan, ia nipis dan dipanggil glycocalyx(dibentuk oleh glikoprotein, glikolipid, lipoprotein), dalam sel tumbuhan - tebal, dipanggil dinding sel(dibentuk oleh selulosa).

Semua membran biologi mempunyai ciri dan sifat struktur yang sama. Pada masa ini diterima umum model mozek cecair struktur membran. Asas membran adalah dwilapisan lipid, dibentuk terutamanya oleh fosfolipid. Fosfolipid ialah trigliserida di mana satu residu asid lemak digantikan dengan residu asid fosforik; bahagian molekul di mana residu asid fosforik terletak dipanggil kepala hidrofilik, bahagian di mana residu asid lemak terletak dipanggil ekor hidrofobik. Dalam membran, fosfolipid disusun dengan cara yang ketat: ekor hidrofobik molekul berhadapan antara satu sama lain, dan kepala hidrofilik menghadap ke luar, ke arah air.

Sebagai tambahan kepada lipid, membran mengandungi protein (secara purata ≈ 60%). Mereka menentukan kebanyakan fungsi spesifik membran (pengangkutan molekul tertentu, pemangkinan tindak balas, menerima dan menukar isyarat dari persekitaran, dll.). Membezakan: 1) protein periferi(terletak pada permukaan luar atau dalam dwilapisan lipid), 2) protein separa integral(direndam dalam dwilapisan lipid ke kedalaman yang berbeza), 3) protein integral atau transmembran(meresap membran melalui dan melalui, semasa bersentuhan dengan kedua-dua persekitaran luaran dan dalaman sel). Protein integral dalam beberapa kes dipanggil pembentuk saluran, atau saluran, kerana ia boleh dianggap sebagai saluran hidrofilik yang melaluinya molekul polar masuk ke dalam sel (komponen lipid membran tidak akan membiarkannya melalui).

A - kepala hidrofilik fosfolipid; C, ekor hidrofobik fosfolipid; 1 - kawasan hidrofobik protein E dan F; 2, kawasan hidrofilik protein F; 3 - rantai oligosakarida bercabang yang melekat pada lipid dalam molekul glikolipid (glikolipid kurang biasa daripada glikoprotein); 4 - rantai oligosakarida bercabang yang melekat pada protein dalam molekul glikoprotein; 5 - saluran hidrofilik (berfungsi sebagai liang di mana ion dan beberapa molekul polar boleh melalui).

Membran mungkin mengandungi karbohidrat (sehingga 10%). Komponen karbohidrat membran diwakili oleh rantai oligosakarida atau polisakarida yang dikaitkan dengan molekul protein (glikoprotein) atau lipid (glikolipid). Pada asasnya, karbohidrat terletak pada permukaan luar membran. Karbohidrat menyediakan fungsi reseptor membran. Dalam sel haiwan, glikoprotein membentuk kompleks epimembran, glikokaliks, tebal beberapa puluh nanometer. Banyak reseptor sel terletak di dalamnya, dengan bantuan sel lekatan berlaku.

Molekul protein, karbohidrat dan lipid adalah mudah alih, mampu bergerak dalam satah membran. Ketebalan membran plasma adalah kira-kira 7.5 nm.

Fungsi membran

Membran melakukan fungsi berikut:

pengasingan kandungan selular daripada persekitaran luaran,
peraturan metabolisme antara sel dan persekitaran,
pembahagian sel kepada petak ("petak"),
lokasi "penghantar enzimatik",
menyediakan komunikasi antara sel dalam tisu organisma multiselular (perekatan),
pengecaman isyarat.

Yang paling penting sifat membran- kebolehtelapan terpilih, i.e. membran sangat telap kepada sesetengah bahan atau molekul dan kurang telap (atau tidak telap sepenuhnya) kepada yang lain. Sifat ini mendasari fungsi pengawalseliaan membran, yang memastikan pertukaran bahan antara sel dan persekitaran luaran. Proses di mana bahan melalui membran sel dipanggil pengangkutan bahan. Membezakan: 1) Pengangkutan pasif- proses melewati bahan, pergi tanpa tenaga; 2) pengangkutan aktif- proses menghantar bahan, berjalan dengan kos tenaga.

Pada Pengangkutan pasif bahan bergerak dari kawasan yang mempunyai kepekatan yang lebih tinggi ke kawasan yang lebih rendah, i.e. sepanjang kecerunan kepekatan. Dalam sebarang larutan terdapat molekul pelarut dan zat terlarut. Proses pergerakan molekul zat terlarut dipanggil difusi, pergerakan molekul pelarut dipanggil osmosis. Jika molekul dicas, maka pengangkutannya dipengaruhi oleh kecerunan elektrik. Oleh itu, seseorang sering bercakap tentang kecerunan elektrokimia, menggabungkan kedua-dua kecerunan bersama. Kelajuan pengangkutan bergantung pada magnitud kecerunan.

Jenis pengangkutan pasif berikut boleh dibezakan: 1) resapan mudah- pengangkutan bahan terus melalui dwilapisan lipid (oksigen, karbon dioksida); 2) resapan melalui saluran membran- pengangkutan melalui protein pembentuk saluran (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) penyebaran dipermudahkan- pengangkutan bahan menggunakan protein pengangkutan khas, setiap satunya bertanggungjawab untuk pergerakan molekul tertentu atau kumpulan molekul yang berkaitan (glukosa, asid amino, nukleotida); empat) osmosis- pengangkutan molekul air (dalam semua sistem biologi, air adalah pelarut).

Perlu pengangkutan aktif berlaku apabila perlu memastikan pemindahan molekul melalui membran terhadap kecerunan elektrokimia. Pengangkutan ini dijalankan oleh protein pembawa khas, yang aktivitinya memerlukan perbelanjaan tenaga. Sumber tenaga ialah molekul ATP. Pengangkutan aktif termasuk: 1) Na + /K + -pam (pam natrium-kalium), 2) endositosis, 3) eksositosis.

Kerja Na + /K + -pam. Untuk berfungsi normal, sel mesti mengekalkan nisbah tertentu ion K + dan Na + dalam sitoplasma dan dalam persekitaran luaran. Kepekatan K + di dalam sel harus jauh lebih tinggi daripada di luarnya, dan Na + - sebaliknya. Perlu diingat bahawa Na + dan K + boleh meresap bebas melalui liang membran. Pam Na+/K+ menentang penyamaan kepekatan ion ini dan secara aktif mengepam Na+ keluar dari sel dan K+ ke dalam sel. Pam Na + /K + - ialah protein transmembran yang mampu mengubah konformasi, supaya ia boleh melekat K + dan Na + . Kitaran operasi Na + /K + -pam boleh dibahagikan kepada fasa berikut: 1) lampiran Na + dari dalam membran, 2) fosforilasi protein pam, 3) pembebasan Na + dalam ekstraselular. ruang, 4) lampiran K + dari luar membran , 5) nyahfosforilasi protein pam, 6) pembebasan K + dalam ruang intraselular. Pam natrium-kalium menggunakan hampir satu pertiga daripada semua tenaga yang diperlukan untuk kehidupan sel. Semasa satu kitaran operasi, pam mengepam keluar 3Na + dari sel dan mengepam dalam 2K +.

Endositosis- proses penyerapan oleh sel zarah besar dan makromolekul. Terdapat dua jenis endositosis: 1) fagositosis- penangkapan dan penyerapan zarah besar (sel, bahagian sel, makromolekul) dan 2) pinositosis- penangkapan dan penyerapan bahan cecair (larutan, larutan koloid, ampaian). Fenomena fagositosis ditemui oleh I.I. Mechnikov pada tahun 1882. Semasa endositosis, membran plasma membentuk invaginasi, tepinya bergabung, dan struktur yang dipisahkan dari sitoplasma oleh satu membran diikat ke dalam sitoplasma. Banyak protozoa dan beberapa leukosit mampu memfagositosis. Pinositosis diperhatikan dalam sel epitelium usus, dalam endothelium kapilari darah.

Eksositosis- proses terbalik endositosis: penyingkiran pelbagai bahan dari sel. Semasa eksositosis, membran vesikel bersatu dengan membran sitoplasma luar, kandungan vesikel dikeluarkan di luar sel, dan membrannya dimasukkan ke dalam membran sitoplasma luar. Dengan cara ini, hormon dikeluarkan dari sel-sel kelenjar endokrin, dan dalam protozoa, makanan yang tidak dicerna kekal.

Pergi ke kuliah nombor 5"Teori Sel. Jenis organisasi selular»

Pergi ke kuliah nombor 7"Sel eukariotik: struktur dan fungsi organel"

Penerangan Ringkas:

Sazonov V.F. 1_1 Struktur membran sel [Sumber elektronik] // Kinesiologist, 2009-2018: [laman web]. Tarikh kemas kini: 06.02.2018...__.201_). _Struktur dan fungsi membran sel diterangkan (sinonim: plasmalemma, plasmolemma, biomembrane, membran sel, membran sel luar, membran sel, membran sitoplasma). Maklumat awal ini diperlukan untuk kedua-dua sitologi dan untuk memahami proses aktiviti saraf: pengujaan saraf, perencatan, kerja sinaps dan reseptor deria.

membran sel (plasma a lemma atau plasma kira-kira lemma)

Definisi konsep

Membran sel (sinonim: plasmalemma, plasmolemma, membran sitoplasma, biomembrane) ialah membran triple lipoprotein (iaitu "lemak-protein") yang memisahkan sel daripada persekitaran dan menjalankan pertukaran terkawal dan komunikasi antara sel dan persekitarannya.

Perkara utama dalam definisi ini bukanlah bahawa membran memisahkan sel dari persekitaran, tetapi hanya itu menyambung sel dengan persekitaran. Membran adalah aktif struktur sel, ia sentiasa berfungsi.

Membran biologi ialah filem bimolekul ultranipis fosfolipid yang bertatahkan protein dan polisakarida. Struktur selular ini mendasari sifat penghalang, mekanikal dan matriks sesuatu organisma hidup (Antonov VF, 1996).

Perwakilan kiasan membran

Bagi saya, membran sel kelihatan sebagai pagar kekisi dengan banyak pintu di dalamnya, yang mengelilingi wilayah tertentu. Mana-mana makhluk hidup kecil boleh bebas bergerak ke sana ke mari melalui pagar ini. Tetapi pelawat yang lebih besar hanya boleh masuk melalui pintu, dan itupun tidak semua. Pelawat yang berbeza hanya mempunyai kunci pintu mereka sendiri, dan mereka tidak boleh melalui pintu orang lain. Jadi, melalui pagar ini sentiasa ada aliran pengunjung ke sana ke mari, kerana fungsi utama pagar membran adalah dua kali ganda: untuk memisahkan wilayah dari ruang sekeliling dan pada masa yang sama menghubungkannya dengan ruang sekeliling. Untuk ini, terdapat banyak lubang dan pintu di pagar - !

Sifat membran

1. Kebolehtelapan.

2. Kebolehtelapan separa (separa kebolehtelapan).

3. Kebolehtelapan terpilih (sinonim: selektif).

4. Kebolehtelapan aktif (sinonim: pengangkutan aktif).

5. Kebolehtelapan terkawal.

Seperti yang anda lihat, sifat utama membran adalah kebolehtelapannya berkenaan dengan pelbagai bahan.

6. Fagositosis dan pinositosis.

7. Eksositosis.

8. Kehadiran potensi elektrik dan kimia, lebih tepat lagi, perbezaan potensi antara bahagian dalam dan luar membran. Secara kiasan, seseorang boleh mengatakannya "membran mengubah sel menjadi "bateri elektrik" dengan mengawal aliran ion". Butiran: .

9. Perubahan dalam potensi elektrik dan kimia.

10. Kerengsaan. Reseptor molekul khas yang terletak pada membran boleh menyambung dengan bahan isyarat (kawalan), akibatnya keadaan membran dan keseluruhan sel boleh berubah. Reseptor molekul mencetuskan tindak balas biokimia sebagai tindak balas kepada gabungan ligan (bahan kawalan) dengannya. Adalah penting untuk diperhatikan bahawa bahan isyarat bertindak pada reseptor dari luar, sementara perubahan berterusan di dalam sel. Ternyata membran menghantar maklumat dari persekitaran ke persekitaran dalaman sel.

11. Aktiviti enzimatik pemangkin. Enzim boleh tertanam dalam membran atau dikaitkan dengan permukaannya (kedua-dua di dalam dan di luar sel), dan di sana mereka menjalankan aktiviti enzimatiknya.

12. Mengubah bentuk permukaan dan luasnya. Ini membolehkan membran membentuk pertumbuhan keluar atau, sebaliknya, invaginasi ke dalam sel.

13. Keupayaan untuk membentuk sentuhan dengan membran sel lain.

14. Lekatan - keupayaan untuk melekat pada permukaan pepejal.

Senarai ringkas sifat membran

Kebolehtelapan.
Endositosis, eksositosis, transcytosis.
Potensi.
Kerengsaan.
aktiviti enzimatik.
Kenalan.
Lekatan.

Fungsi membran

1. Pengasingan kandungan dalaman yang tidak lengkap daripada persekitaran luaran.

2. Perkara utama dalam kerja membran sel ialah pertukaran pelbagai bahan-bahan antara sel dan persekitaran ekstrasel. Ini disebabkan oleh sifat membran seperti kebolehtelapan. Di samping itu, membran mengawal pertukaran ini dengan mengawal kebolehtelapannya.

3. Satu lagi fungsi penting membran ialah mewujudkan perbezaan dalam potensi kimia dan elektrik antara sisi dalam dan luarnya. Disebabkan ini, di dalam sel mempunyai potensi elektrik negatif -.

4. Melalui membran juga dijalankan pertukaran maklumat antara sel dan persekitarannya. Reseptor molekul khas yang terletak pada membran boleh mengikat untuk mengawal bahan (hormon, mediator, modulator) dan mencetuskan tindak balas biokimia dalam sel, yang membawa kepada pelbagai perubahan dalam sel atau dalam strukturnya.

Video:Struktur membran sel

Video kuliah:Butiran tentang struktur membran dan pengangkutan

Struktur membran

Membran sel mempunyai sejagat tiga lapisan struktur. Lapisan lemak mediannya adalah berterusan, dan lapisan protein atas dan bawah menutupinya dalam bentuk mozek kawasan protein individu. Lapisan lemak adalah asas yang memastikan pengasingan sel dari persekitaran, mengasingkannya dari persekitaran. Dengan sendirinya, ia melepasi bahan larut air dengan sangat buruk, tetapi mudah melepasi bahan larut lemak. Oleh itu, kebolehtelapan membran untuk bahan larut air (contohnya, ion) perlu disediakan dengan struktur protein khas - dan.

Di bawah adalah mikrofotograf membran sel sebenar sel yang bersentuhan, diperoleh menggunakan mikroskop elektron, serta lukisan skematik yang menunjukkan membran tiga lapisan dan sifat mozek lapisan proteinnya. Untuk membesarkan imej, klik padanya.

Imej berasingan bagi lapisan lipid (lemak) dalaman membran sel, meresap dengan protein tertanam integral. Lapisan protein atas dan bawah dikeluarkan supaya tidak mengganggu pertimbangan dwilapisan lipid

Rajah di atas: Perwakilan skematik yang tidak lengkap bagi membran sel (dinding sel) daripada Wikipedia.

Perhatikan bahawa lapisan protein luar dan dalam telah dikeluarkan dari membran di sini supaya kita dapat melihat dengan lebih baik lapisan lipid berganda lemak pusat. Dalam membran sel sebenar, "pulau" protein besar terapung di atas dan di bawah sepanjang filem berlemak (bola kecil dalam rajah), dan membran itu ternyata lebih tebal, tiga lapis: protein-lemak-protein . Jadi ia sebenarnya seperti sandwic dua protein "kepingan roti" dengan lapisan tebal "mentega" di tengah, iaitu. mempunyai struktur tiga lapisan, bukan dua lapisan.

Dalam angka ini, bola biru dan putih kecil sepadan dengan "kepala" hidrofilik (boleh basah) lipid, dan "tali" yang melekat padanya sepadan dengan "ekor" hidrofobik (tidak boleh basah). Daripada protein, hanya protein membran hujung-ke-hujung integral (globul merah dan heliks kuning) ditunjukkan. Titik bujur kuning di dalam membran ialah molekul kolesterol Rantaian manik kuning-hijau di bahagian luar membran ialah rantai oligosakarida yang membentuk glikokaliks. Glycocalyx adalah seperti karbohidrat ("gula") "gebu" pada membran, dibentuk oleh molekul karbohidrat-protein panjang yang menonjol daripadanya.

Hidup adalah "beg lemak protein" kecil yang dipenuhi dengan kandungan seperti jeli separa cecair, yang ditembusi oleh filem dan tiub.

Dinding kantung ini dibentuk oleh filem berlemak (lipid) berganda, ditutup di dalam dan di luar dengan protein - membran sel. Oleh itu, membran dikatakan mempunyai struktur tiga lapisan : protein-lemak-protein. Di dalam sel juga terdapat banyak membran lemak yang serupa yang membahagikan ruang dalamannya kepada petak. Organel selular dikelilingi oleh membran yang sama: nukleus, mitokondria, kloroplas. Jadi membran adalah struktur molekul universal yang wujud dalam semua sel dan semua organisma hidup.

Di sebelah kiri - bukan lagi model sebenar, tetapi model buatan bagi sekeping membran biologi: ini ialah syot kilat dwilapis fosfolipid adiposa (iaitu lapisan berganda) dalam proses pemodelan dinamik molekulnya. Sel pengiraan model ditunjukkan - 96 molekul PQ ( f osphatidil X oline) dan 2304 molekul air, jumlah 20544 atom.

Di sebelah kanan ialah model visual molekul tunggal lipid yang sama, dari mana lapisan dwilapis lipid membran dipasang. Ia mempunyai kepala hidrofilik (mencintai air) di bahagian atas, dan dua ekor hidrofobik (takut air) di bahagian bawah. Lipid ini mempunyai nama ringkas: 1-steroyl-2-docosahexaenoyl-Sn-glycero-3-phosphatidylcholine (18:0/22:6(n-3)cis PC), tetapi anda tidak perlu menghafalnya melainkan anda merancang untuk membuat guru anda terpinga-pinga dengan kedalaman pengetahuan anda.

Anda boleh memberikan definisi saintifik sel yang lebih tepat:

ialah sistem biopolimer heterogen tersusun dan tersusun yang dihadkan oleh membran aktif, mengambil bahagian dalam satu set proses metabolik, tenaga dan maklumat, dan juga mengekalkan dan menghasilkan semula keseluruhan sistem secara keseluruhan.

Di dalam sel juga ditembusi oleh membran, dan di antara membran tidak ada air, tetapi gel / sol likat dengan ketumpatan berubah-ubah. Oleh itu, molekul yang berinteraksi dalam sel tidak terapung dengan bebas, seperti dalam tabung uji dengan larutan akueus, tetapi kebanyakannya duduk (tidak bergerak) pada struktur polimer sitoskeleton atau membran intrasel. Oleh itu, tindak balas kimia berlaku di dalam sel hampir seperti dalam badan pepejal, dan bukan dalam cecair. Membran luar yang mengelilingi sel juga diliputi oleh enzim dan reseptor molekul, menjadikannya bahagian sel yang sangat aktif.

Membran sel (plasmalemma, plasmolemma) ialah cangkang aktif yang memisahkan sel daripada persekitaran dan menghubungkannya dengan persekitaran. © Sazonov V.F., 2016.

Daripada takrifan membran ini, ia mengikuti bahawa ia tidak hanya mengehadkan sel, tetapi aktif bekerja menghubungkannya dengan persekitarannya.

Lemak yang membentuk membran adalah istimewa, jadi molekulnya biasanya dipanggil bukan sahaja lemak, tetapi lipid, fosfolipid, sphingolipid. Filem membran adalah dua kali ganda, iaitu ia terdiri daripada dua filem yang melekat bersama. Oleh itu, buku teks menulis bahawa asas membran sel terdiri daripada dua lapisan lipid (atau " dwilapisan", iaitu lapisan berganda). Bagi setiap lapisan lipid individu, satu bahagian boleh dibasahi oleh air, dan satu lagi tidak boleh. Jadi, filem-filem ini melekat antara satu sama lain dengan tepat oleh bahagian tidak membasahinya.

membran bakteria

Cangkang sel prokariotik bakteria gram-negatif terdiri daripada beberapa lapisan, ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Lapisan kulit bakteria gram-negatif:
1. Membran sitoplasma tiga lapisan dalam, yang bersentuhan dengan sitoplasma.
2. Dinding sel, yang terdiri daripada murein.
3. Membran sitoplasma tiga lapisan luar, yang mempunyai sistem lipid yang sama dengan kompleks protein seperti membran dalam.
Komunikasi sel bakteria gram-negatif dengan dunia luar melalui struktur tiga langkah yang kompleks tidak memberi mereka kelebihan untuk bertahan dalam keadaan yang teruk berbanding bakteria gram-positif yang mempunyai cangkerang yang kurang kuat. Mereka juga bertolak ansur dengan suhu tinggi, keasidan tinggi dan penurunan tekanan.

Video kuliah:Membran plasma. E.V. Cheval, Ph.D.

Video kuliah:Membran sebagai sempadan sel. A. Ilyaskin

Kepentingan Saluran Ion Membran

Adalah mudah untuk memahami bahawa hanya bahan larut lemak boleh memasuki sel melalui filem lemak membran. Ini adalah lemak, alkohol, gas. Sebagai contoh, dalam eritrosit, oksigen dan karbon dioksida mudah masuk dan keluar terus melalui membran. Tetapi air dan bahan larut air (contohnya, ion) tidak boleh melalui membran ke dalam mana-mana sel. Ini bermakna mereka memerlukan lubang khas. Tetapi jika anda hanya membuat lubang dalam filem berlemak, maka ia akan segera mengetatkan kembali. Apa nak buat? Penyelesaian ditemui dalam alam semula jadi: adalah perlu untuk membuat struktur pengangkutan protein khas dan meregangkannya melalui membran. Ini adalah bagaimana saluran untuk laluan bahan tidak larut lemak diperolehi - saluran ion membran sel.

Jadi, untuk memberikan membrannya sifat kebolehtelapan tambahan untuk molekul polar (ion dan air), sel mensintesis protein khas dalam sitoplasma, yang kemudiannya disepadukan ke dalam membran. Mereka terdiri daripada dua jenis: protein pengangkut (contohnya, mengangkut ATPase) dan protein pembentuk saluran (pembentuk saluran). Protein ini tertanam dalam lapisan lemak berganda membran dan membentuk struktur pengangkutan dalam bentuk pengangkut atau dalam bentuk saluran ion. Pelbagai bahan larut air kini boleh melalui struktur pengangkutan ini, yang sebaliknya tidak boleh melalui filem membran lemak.

Secara umum, protein yang tertanam dalam membran juga dipanggil integral, tepat kerana mereka, seolah-olah, termasuk dalam komposisi membran dan menembusi melalui dan melalui. Protein lain, bukan integral, membentuk, seolah-olah, pulau-pulau yang "terapung" di permukaan membran: sama ada di sepanjang permukaan luarnya atau di sepanjang bahagian dalamnya. Lagipun, semua orang tahu bahawa lemak adalah pelincir yang baik dan ia mudah meluncur di atasnya!

kesimpulan

1. Secara umum, membran adalah tiga lapisan:

1) lapisan luar protein "pulau",

2) lemak dua lapisan "laut" (lipid dwilapisan), i.e. filem lipid berganda

3) lapisan dalam protein "pulau".

Tetapi terdapat juga lapisan luar yang longgar - glycocalyx, yang dibentuk oleh glikoprotein yang melekat keluar dari membran. Mereka adalah reseptor molekul yang mengikat kawalan isyarat.

2. Struktur protein khas dibina ke dalam membran, memastikan kebolehtelapannya kepada ion atau bahan lain. Kita tidak boleh lupa bahawa di beberapa tempat lautan lemak diserap dengan protein integral. Dan ia adalah protein penting yang membentuk khas struktur pengangkutan membran sel (lihat bahagian 1_2 Mekanisme pengangkutan membran). Melalui mereka, bahan memasuki sel, dan juga dikeluarkan dari sel ke luar.

3. Protein enzim boleh terletak di mana-mana bahagian membran (luar dan dalam), serta di dalam membran, yang mempengaruhi kedua-dua keadaan membran itu sendiri dan kehidupan keseluruhan sel.

Oleh itu, membran sel adalah struktur pembolehubah aktif yang berfungsi secara aktif untuk kepentingan keseluruhan sel dan menghubungkannya dengan dunia luar, dan bukan sekadar "cengkerang pelindung". Ini adalah perkara yang paling penting untuk diketahui tentang membran sel.

Dalam perubatan, protein membran sering digunakan sebagai "sasaran" untuk ubat. Reseptor, saluran ion, enzim, sistem pengangkutan bertindak sebagai sasaran tersebut. Baru-baru ini, sebagai tambahan kepada membran, gen yang tersembunyi dalam nukleus sel juga menjadi sasaran untuk ubat.

Video:Pengenalan kepada Biofizik Membran Sel: Struktur Membran 1 (Vladimirov Yu.A.)

Video:Sejarah, struktur dan fungsi membran sel: Struktur membran 2 (Vladimirov Yu.A.)