De rol van het membraan Cel structuur

Door functionele kenmerken Het celmembraan kan worden onderverdeeld in 9 functies die het vervult.
Functies celmembraan:
1. Vervoer. Produceert het transport van stoffen van cel naar cel;
2. Barrière. Het heeft selectieve permeabiliteit, zorgt voor het nodige metabolisme;
3. Receptor. Sommige eiwitten die in het membraan worden gevonden, zijn receptoren;
4. Mechanisch. Zorgt voor de autonomie van de cel en zijn mechanische structuren;
5. Matrix. Zorgt voor optimale interactie en oriëntatie van matrixeiwitten;
6. Energie. In membranen werken energieoverdrachtssystemen tijdens cellulaire ademhaling in mitochondriën;
7. Enzymatisch. Membraaneiwitten zijn soms enzymen. Bijvoorbeeld darmcelmembranen;
8. Markering. Op het membraan zitten antigenen (glycoproteïnen) die het mogelijk maken de cel te identificeren;
9. Genereren. Zorgt voor het genereren en geleiden van biopotentialen.

Hoe het celmembraan eruitziet, kun je zien aan de hand van het voorbeeld van de structuur van een dierlijke cel of een plantencel.

 

De figuur toont de structuur van het celmembraan.
De componenten van het celmembraan omvatten verschillende eiwitten van het celmembraan (globulair, perifeer, oppervlak), evenals lipiden van het celmembraan (glycolipide, fosfolipide). Koolhydraten, cholesterol, glycoproteïne en eiwit-alfa-helix zijn ook aanwezig in de structuur van het celmembraan.

Samenstelling celmembraan

De belangrijkste componenten van het celmembraan zijn:
1. Eiwitten - verantwoordelijk voor de verschillende eigenschappen van het membraan;
2. Lipiden drie soorten(fosfolipiden, glycolipiden en cholesterol) verantwoordelijk voor membraanstijfheid.
Celmembraan eiwitten:
1. Bolvormig eiwit;
2. Oppervlakte-eiwit;
3. Perifeer eiwit.

Het belangrijkste doel van het celmembraan:

Het belangrijkste doel van het celmembraan:
1. Regel de uitwisseling tussen de cel en de omgeving;
2. Scheid de inhoud van een cel van externe omgeving waardoor de integriteit ervan wordt gewaarborgd;
3. Intracellulaire membranen verdelen de cel in gespecialiseerde gesloten compartimenten - organellen of compartimenten, waarin bepaalde omgevingscondities worden gehandhaafd.

Celmembraanstructuur

De structuur van het celmembraan is een tweedimensionale oplossing van bolvormige integrale eiwitten opgelost in een vloeibare fosfolipidematrix. Dit model van membraanstructuur werd in 1972 voorgesteld door twee wetenschappers Nicholson en Singer. De basis van de membranen is dus een bimoleculaire lipidelaag, met een geordende opstelling van moleculen, die je kon zien.

Cel- dit is niet alleen een vloeistof, enzymen en andere stoffen, maar ook sterk georganiseerde structuren die intracellulaire organellen worden genoemd. Organellen voor een cel zijn niet minder belangrijk dan de chemische componenten. Dus bij afwezigheid van organellen zoals mitochondriën, zal de toevoer van energie gewonnen uit voedingsstoffen onmiddellijk met 95% afnemen.

De meeste organellen in een cel zijn bedekt membranen voornamelijk samengesteld uit lipiden en eiwitten. Maak onderscheid tussen celmembranen endoplasmatisch reticulum, mitochondriën, lysosomen, Golgi-apparaat.

Lipiden zijn onoplosbaar in water, dus vormen ze een barrière in de cel die de verplaatsing van water en in water oplosbare stoffen van het ene compartiment naar het andere verhindert. Eiwitmoleculen maken het membraan echter doorlaatbaar voor verschillende stoffen door het gebruiken van gespecialiseerde structuren poriën genoemd. Veel andere membraaneiwitten zijn enzymen die talrijke katalyseren chemische reacties die in de volgende hoofdstukken zullen worden besproken.

Cel (of plasma) membraan is een dunne, flexibele en elastische structuur met een dikte van slechts 7,5-10 nm. Het bestaat voornamelijk uit eiwitten en lipiden. De geschatte verhouding van de componenten is als volgt: eiwitten - 55%, fosfolipiden - 25%, cholesterol - 13%, andere lipiden - 4%, koolhydraten - 3%.

lipidelaag van het celmembraan voorkomt het binnendringen van water. De basis van het membraan is een lipide dubbellaag - een dunne lipidefilm die uit twee monolagen bestaat en de cel volledig bedekt. Door het hele membraan zijn eiwitten in de vorm van grote bolletjes.

Schematische weergave van het celmembraan, als weerspiegeling van de belangrijkste elementen
- fosfolipide dubbellaag en een groot aantal van eiwitmoleculen die uitsteken boven het oppervlak van het membraan.
Koolhydraatketens zijn bevestigd aan eiwitten aan de buitenkant
en aan extra eiwitmoleculen in de cel (dit is niet weergegeven in de figuur).

lipide dubbellaag bestaat voornamelijk uit fosfolipide moleculen. Een uiteinde van zo'n molecuul is hydrofiel, d.w.z. oplosbaar in water (er bevindt zich een fosfaatgroep), de andere is hydrofoob, d.w.z. alleen oplosbaar in vetten (het bevat een vetzuur).

Vanwege het feit dat het hydrofobe deel van het molecuul fosfolipide stoot water af maar wordt aangetrokken door vergelijkbare delen van dezelfde moleculen, fosfolipiden hebben natuurlijke eigendom hechten aan elkaar in de dikte van het membraan, zoals weergegeven in Fig. 2-3. Het hydrofiele deel met een fosfaatgroep vormt twee membraanoppervlakken: het buitenste, dat in contact staat met de extracellulaire vloeistof, en het binnenste, dat in contact staat met de intracellulaire vloeistof.

Middelste lipidenlaag ondoordringbaar voor ionen en waterige oplossingen glucose en ureum. Vetoplosbare stoffen, waaronder zuurstof, kooldioxide, alcohol daarentegen dringt gemakkelijk dit gebied van het membraan binnen.

moleculen cholesterol, dat deel uitmaakt van het membraan, zijn ook van nature lipiden, omdat hun steroïdgroep een hoge oplosbaarheid in vetten heeft. Deze moleculen lijken te zijn opgelost in de lipide dubbellaag. Hun belangrijkste doel is de regulering van de permeabiliteit (of ondoordringbaarheid) van membranen voor in water oplosbare componenten van lichaamsvloeistoffen. Bovendien is cholesterol de belangrijkste regulator van de membraanviscositeit.

Celmembraan eiwitten. In de figuur zijn bolvormige deeltjes zichtbaar in de lipidedubbellaag - dit zijn membraaneiwitten, waarvan de meeste glycoproteïnen zijn. Er zijn twee soorten membraaneiwitten: (1) integraal, die het membraan doordringen; (2) perifeer, die alleen boven het ene oppervlak uitsteken zonder het andere te bereiken.

Veel integrale eiwitten vormen kanalen (of poriën) waardoor water en in water oplosbare stoffen, vooral ionen, kunnen diffunderen in de intra- en extracellulaire vloeistof. Door de selectiviteit van de kanalen diffunderen sommige stoffen beter dan andere.

Andere integrale eiwitten functioneren als dragereiwitten en voeren het transport uit van stoffen waarvoor de lipidedubbellaag ondoordringbaar is. Soms werken dragereiwitten in de richting tegengesteld aan diffusie, zo'n transport wordt actief genoemd. Sommige integrale eiwitten zijn enzymen.

Integrale membraaneiwitten kunnen ook dienen als receptoren voor in water oplosbare stoffen, waaronder peptidehormonen, omdat het membraan daarvoor ondoordringbaar is. De interactie van een receptoreiwit met een bepaald ligand leidt tot conformationele veranderingen in het eiwitmolecuul, die op hun beurt de enzymatische activiteit van het intracellulaire segment van het eiwitmolecuul of signaaloverdracht van de receptor naar de cel stimuleren met behulp van een tweede boodschapper. Integrale eiwitten die in het celmembraan zijn ingebouwd, betrekken het dus bij het proces van het overbrengen van informatie over de externe omgeving naar de cel.

Moleculen van perifere membraaneiwitten vaak geassocieerd met integrale eiwitten. De meeste perifere eiwitten zijn enzymen of spelen de rol van een verzender voor het transport van stoffen door membraanporiën.

Cel— zelfregulerende structurele en functionele eenheid van weefsels en organen. De cellulaire theorie van de structuur van organen en weefsels werd in 1839 ontwikkeld door Schleiden en Schwann. Later, met behulp van elektronenmicroscopie en ultracentrifugatie was het mogelijk om de structuur van alle belangrijke organellen van dierlijke en plantaardige cellen op te helderen (Fig. 1).

Rijst. 1. Schema van de structuur van de cel van dierlijke organismen

De belangrijkste delen van de cel zijn het cytoplasma en de kern. Elke cel is omgeven door een zeer dun membraan dat de inhoud ervan beperkt.

Het celmembraan heet plasma membraan en wordt gekenmerkt door selectieve permeabiliteit. Deze eigenschap zorgt voor essentiële voedingsstoffen en chemische elementen in de cel komen en overtollige producten komen eruit. Het plasmamembraan bestaat uit twee lagen lipidemoleculen met daarin specifieke eiwitten. De belangrijkste membraanlipiden zijn fosfolipiden. Ze bevatten fosfor, een polaire kop en twee niet-polaire vetzuurstaarten met lange ketens. Membraanlipiden omvatten cholesterol en cholesterolesters. In overeenstemming met het vloeibare mozaïekmodel van de structuur, bevatten membranen insluitsels van eiwit- en lipidemoleculen die zich kunnen vermengen ten opzichte van de dubbellaag. Voor elk type membraan kan elke dierlijke cel gekenmerkt door zijn relatief constante lipidensamenstelling.

Membraaneiwitten zijn verdeeld in twee typen op basis van hun structuur: integraal en perifeer. Perifere eiwitten kunnen van het membraan worden verwijderd zonder het te vernietigen. Er zijn vier soorten membraaneiwitten: transporteiwitten, enzymen, receptoren en structurele eiwitten. Sommige membraaneiwitten hebben enzymatische activiteit, anderen binden bepaalde stoffen en hun transport naar de cel te vergemakkelijken. Eiwitten bieden verschillende routes voor de beweging van stoffen door membranen: ze vormen grote poriën die bestaan ​​uit verschillende eiwitsubeenheden waardoor watermoleculen en ionen tussen cellen kunnen bewegen; vormen ionenkanalen die gespecialiseerd zijn voor de beweging van bepaalde soorten ionen door het membraan onder bepaalde omstandigheden. structurele eiwitten geassocieerd met de binnenste lipidenlaag en zorgen voor het cytoskelet van de cel. Het cytoskelet geeft mechanische sterkte aan het celmembraan. In verschillende membranen nemen eiwitten 20 tot 80% van de massa voor hun rekening. Membraaneiwitten kunnen vrij bewegen in het laterale vlak.

Koolhydraten zijn ook aanwezig in het membraan, die covalent kunnen binden aan lipiden of eiwitten. Er zijn drie soorten membraankoolhydraten: glycolipiden (gangliosiden), glycoproteïnen en proteoglycanen. De meeste membraanlipiden worden gevonden in vloeibare fase en een zekere vloeibaarheid hebben, d.w.z. het vermogen om van het ene gebied naar het andere te gaan. Op de buiten membranen hebben receptorplaatsen die verschillende hormonen binden. Andere specifieke delen van het membraan kunnen sommige eiwitten die vreemd zijn aan deze cellen en verschillende biologisch actieve verbindingen niet herkennen en binden.

De binnenruimte van de cel is gevuld met cytoplasma, waarin de meeste door enzymen gekatalyseerde reacties van het cellulaire metabolisme plaatsvinden. Het cytoplasma bestaat uit twee lagen: het binnenste, het endoplasma genoemd, en het perifere, het ectoplasma, dat een hoge viscositeit heeft en geen korrels bevat. Het cytoplasma bevat alle componenten van een cel of organel. De belangrijkste celorganellen zijn het endoplasmatisch reticulum, ribosomen, mitochondriën, het Golgi-apparaat, lysosomen, microfilamenten en microtubuli, peroxisomen.

Endoplasmatisch reticulum is een systeem van onderling verbonden kanalen en holtes die het hele cytoplasma binnendringen. Het zorgt voor transport van stoffen uit de omgeving en in cellen. Het endoplasmatisch reticulum dient ook als een depot voor intracellulaire Ca2+-ionen en dient als de belangrijkste plaats voor lipidesynthese in de cel.

ribosomen - microscopisch kleine bolvormige deeltjes met een diameter van 10-25 nm. Ribosomen bevinden zich vrij in het cytoplasma of zijn bevestigd aan het buitenoppervlak van de membranen van het endoplasmatisch reticulum en het kernmembraan. Ze interageren met informatief en transport-RNA en er wordt eiwitsynthese in uitgevoerd. Ze synthetiseren eiwitten die de stortbakken of het Golgi-apparaat binnenkomen en vervolgens naar buiten worden vrijgegeven. Ribosomen die vrij zijn in het cytoplasma synthetiseren eiwit voor gebruik door de cel zelf, en ribosomen die zijn geassocieerd met het endoplasmatisch reticulum produceren eiwit dat uit de cel wordt uitgescheiden. In ribosomen worden verschillende functionele eiwitten gesynthetiseerd: dragereiwitten, enzymen, receptoren, cytoskeleteiwitten.

golgi-apparaat gevormd door een systeem van buisjes, reservoirs en blaasjes. Het is geassocieerd met het endoplasmatisch reticulum en wordt hier biologisch ontvangen actieve stoffen opgeslagen in compacte vorm in secretoire blaasjes. De laatste worden constant gescheiden van het Golgi-apparaat, getransporteerd naar het celmembraan en ermee versmelten, en de stoffen in de blaasjes worden tijdens het proces van exocytose uit de cel verwijderd.

lysosomen - deeltjes omgeven door een membraan met een grootte van 0,25-0,8 micron. Ze bevatten talrijke enzymen die betrokken zijn bij de afbraak van eiwitten, polysachariden, vetten, nucleïnezuren, bacteriën en cellen.

peroxisomen gevormd uit een glad endoplasmatisch reticulum, lijken op lysosomen en bevatten enzymen die de afbraak van waterstofperoxide katalyseren, dat wordt gesplitst onder invloed van peroxidasen en katalase.

mitochondriën bevatten buiten- en binnenmembranen en zijn het "energiestation" van de cel. Mitochondriën zijn ronde of langwerpige structuren met een dubbel membraan. Het binnenmembraan vormt plooien die uitsteken in de mitochondria - cristae. ATP wordt erin gesynthetiseerd, de substraten van de Krebs-cyclus worden geoxideerd en er worden veel biochemische reacties uitgevoerd. Gevormd in mitochondriën ATP-moleculen diffunderen naar alle delen van de cel. Mitochondriën bevatten een kleine hoeveelheid DNA, RNA, ribosomen en met hun deelname vindt vernieuwing en synthese van nieuwe mitochondriën plaats.

Microfilamenten zijn dunne eiwitfilamenten, bestaande uit myosine en actine, en vormen het contractiele apparaat van de cel. Microfilamenten zijn betrokken bij de vorming van plooien of uitsteeksels van het celmembraan, evenals bij de beweging van verschillende structuren in cellen.

microtubuli vormen de basis van het cytoskelet en zorgen voor zijn sterkte. Het cytoskelet geeft cellen hun karakteristiek uiterlijk en vorm, dient als een aanhechtingsplaats voor intracellulaire organellen en verschillende lichamen. BIJ zenuwcellen bundels microtubuli zijn betrokken bij het transport van stoffen van het cellichaam naar de uiteinden van axonen. Met hun deelname wordt de werking van de mitotische spil tijdens celdeling uitgevoerd. Ze spelen de rol van motorische elementen in de villi en flagella in eukaryoten.

Kern is de hoofdstructuur van de cel, is betrokken bij de overdracht van erfelijke eigenschappen en bij de synthese van eiwitten. De kern is omgeven door een kernmembraan dat veel nucleaire poriën waardoor verschillende stoffen worden uitgewisseld tussen de kern en het cytoplasma. Binnenin bevindt zich de nucleolus. De belangrijke rol van de nucleolus bij de synthese van ribosomaal RNA en histon-eiwitten is vastgesteld. De rest van de kern bevat chromatine, bestaande uit DNA, RNA en een aantal specifieke eiwitten.

Functies van het celmembraan

Celmembranen spelen een belangrijke rol bij de regulering van het intracellulaire en intercellulaire metabolisme. Ze zijn selectief. Hun specifieke structuur maakt het mogelijk om barrière-, transport- en regulerende functies te bieden.

barrièrefunctie Het manifesteert zich in het beperken van de penetratie van in water opgeloste verbindingen door het membraan. Het membraan is ondoordringbaar voor grote eiwitmoleculen en organische anionen.

Regelgevende functie membraan is de regulatie van het intracellulaire metabolisme als reactie op chemische, biologische en mechanische invloeden. Verschillende invloeden worden waargenomen door speciale membraanreceptoren met een daaropvolgende verandering in de activiteit van enzymen.

transportfunctie: door biologische membranen kan passief (diffusie, filtratie, osmose) of met behulp van actief transport worden uitgevoerd.

Diffusie - de beweging van een gas of opgeloste stof langs een concentratie- en elektrochemische gradiënt. De diffusiesnelheid hangt af van de permeabiliteit van het celmembraan, evenals de concentratiegradiënt voor ongeladen deeltjes, elektrische en concentratiegradiënten voor geladen deeltjes. eenvoudige diffusie vindt plaats via de lipide dubbellaag of via kanalen. Geladen deeltjes bewegen langs de elektrochemische gradiënt, terwijl ongeladen deeltjes de chemische gradiënt volgen. Zuurstof, steroïde hormonen, ureum, alcohol, enz. dringen bijvoorbeeld door de lipidelaag van het membraan door eenvoudige diffusie. Door de kanalen bewegen verschillende ionen en deeltjes. Ionenkanalen worden gevormd door eiwitten en zijn verdeeld in gated en ongecontroleerde kanalen. Afhankelijk van de selectiviteit zijn er ion-selectieve touwen die slechts één ion doorlaten, en kanalen die geen selectiviteit hebben. Kanalen hebben een mond en een selectief filter, en gecontroleerde kanalen hebben een poortmechanisme.

Gefaciliteerde diffusie - een proces waarbij stoffen door speciale membraandragereiwitten over een membraan worden getransporteerd. Zo komen aminozuren en monosuikers de cel binnen. Deze manier van vervoer is erg snel.

Osmose - verplaatsing van water over een membraan van een oplossing met een lagere osmotische druk naar een oplossing met een hogere osmotische druk.

Actief transport - overdracht van stoffen tegen een concentratiegradiënt met behulp van transport-ATPasen (ionenpompen). Deze overdracht vindt plaats met het verbruik van energie.

Na + /K + -, Ca 2+ - en H + pompen zijn in grotere mate bestudeerd. Pompen bevinden zich op celmembranen.

Een type actief transport is: endocytose en exocytose. Grotere stoffen (eiwitten, polysachariden, nucleïnezuren) die niet over kanalen kunnen worden overgedragen. Dit transport komt vaker voor in de epitheelcellen van de darm, niertubuli en vasculair endotheel.

Bij Bij endocytose vormen celmembranen invaginaties in de cel, die, wanneer ze worden geregen, in blaasjes veranderen. Tijdens exocytose worden blaasjes met inhoud overgebracht naar het celmembraan en versmelten ermee, en de inhoud van de blaasjes wordt afgegeven aan de extracellulaire omgeving.

De structuur en functies van het celmembraan

Om de processen te begrijpen die het bestaan ​​verzekeren elektrische potentialen in levende cellen moet je allereerst de structuur van het celmembraan en zijn eigenschappen begrijpen.

Op dit moment geniet de meeste erkenning van het vloeibaar-mozaïekmodel van het membraan, voorgesteld door S. Singer en G. Nicholson in 1972. De basis van het membraan is een dubbele laag fosfolipiden (dubbellaag), de hydrofobe fragmenten van het molecuul waarvan zijn ondergedompeld in de dikte van het membraan, en de polaire hydrofiele groepen zijn naar buiten gericht, die. in de omgeving aquatisch milieu(Figuur 2).

Membraaneiwitten zijn gelokaliseerd op het membraanoppervlak of kunnen op verschillende diepten in de hydrofobe zone worden ingebed. Sommige eiwitten dringen het membraan door en door, en verschillende hydrofiele groepen van hetzelfde eiwit worden aan beide zijden van het celmembraan gevonden. Eiwitten gevonden in plasma membraan, spelen een zeer belangrijke rol: ze nemen deel aan de vorming van ionenkanalen, spelen de rol van membraanpompen en dragers verschillende stoffen en kan ook een receptorfunctie vervullen.

De belangrijkste functies van het celmembraan: barrière, transport, regulerend, katalytisch.

De barrièrefunctie is om de diffusie van in water oplosbare verbindingen door het membraan te beperken, wat nodig is om cellen te beschermen tegen vreemde, giftige stoffen en het handhaven van een relatief constant gehalte aan verschillende stoffen in de cellen. Het celmembraan kan dus de diffusie van verschillende stoffen met 100.000-10.000.000 keer vertragen.

Rijst. 2. Driedimensionaal schema van het vloeistof-mozaïekmodel van het Singer-Nicolson-membraan

Globulaire integrale eiwitten ingebed in een lipide dubbellaag worden getoond. Sommige eiwitten zijn ionkanalen, andere (glycoproteïnen) bevatten oligosacharide-zijketens die betrokken zijn bij celherkenning van elkaar en in het intercellulaire weefsel. Cholesterolmoleculen liggen dicht bij de fosfolipidekoppen en fixeren de aangrenzende gebieden van de "staarten". De binnenste regionen van de staarten van het fosfolipidemolecuul zijn niet beperkt in hun beweging en zijn verantwoordelijk voor de vloeibaarheid van het membraan (Bretscher, 1985)

Er zijn kanalen in het membraan waardoor ionen binnendringen. Kanalen zijn potentiaalafhankelijk en potentiaalonafhankelijk. Potentieel-gated kanalen open wanneer het potentiaalverschil verandert, en potentiaalonafhankelijk(hormoongereguleerd) openen wanneer de receptoren een interactie aangaan met stoffen. Kanalen kunnen dankzij poorten worden geopend of gesloten. Er zijn twee soorten poorten ingebouwd in het membraan: activering(in de diepte van het kanaal) en inactivering(op het oppervlak van het kanaal). De poort kan zich in een van de volgende drie toestanden bevinden:

• open staat (beide soorten poorten zijn open);
• gesloten toestand (activeringspoort gesloten);
• inactiveringsstatus (inactiveringspoorten zijn gesloten).

Een ander karakteristieke eigenschap membranen is het vermogen om selectief anorganische ionen, voedingsstoffen en verschillende metabolische producten over te dragen. Er zijn systemen van passieve en actieve overdracht (transport) van stoffen. Passief transport wordt uitgevoerd via ionenkanalen met of zonder de hulp van dragereiwitten, en zijn drijvende kracht is het verschil in de elektrochemische potentialen van ionen tussen de intra- en extracellulaire ruimte. De selectiviteit van ionenkanalen wordt bepaald door de geometrische parameters en Chemische aard groepen langs de wanden van het kanaal en de monding.

Momenteel zijn kanalen met selectieve permeabiliteit voor Na+, K+, Ca 2+ ionen en ook voor water (de zogenaamde aquaporines) het best bestudeerd. De diameter van ionenkanalen is volgens verschillende onderzoeken 0,5-0,7 nm. De doorvoer van de kanalen kan worden gewijzigd; 107 - 108 ionen per seconde kunnen door één ionenkanaal gaan.

Actief transport vindt plaats met het verbruik van energie en wordt uitgevoerd door de zogenaamde ionenpompen. Ionenpompen zijn moleculair eiwitstructuren, ingebouwd in het membraan en zorgt voor de overdracht van ionen naar een hogere elektrochemische potentiaal.

De werking van de pompen wordt uitgevoerd door de energie van ATP-hydrolyse. Momenteel Na + / K + - ATPase, Ca 2+ - ATPase, H + - ATPase, H + / K + - ATPase, Mg 2+ - ATPase, die zorgen voor de beweging van Na +, K +, Ca 2+ ionen respectievelijk H+, Mg2+ geïsoleerd of geconjugeerd (Na+ en K+; H+ en K+). Het moleculaire mechanisme van actief transport is niet volledig opgehelderd.

Hoofd structurele eenheid levend organisme - een cel, een gedifferentieerd gebied van het cytoplasma, omgeven door een celmembraan. Gezien het feit dat de cel veel belangrijke functies vervult, zoals voortplanting, voeding, beweging, moet de schaal plastisch en dicht zijn.

Geschiedenis van de ontdekking en het onderzoek van het celmembraan

In 1925 deden Grendel en Gorder een succesvol experiment om de "schaduwen" van erytrocyten of lege omhulsels te identificeren. Ondanks meerdere toegegeven blunders, hebben wetenschappers de ontdekking van de lipide dubbellaag gedaan. Hun werk werd voortgezet door Danielli, Dawson in 1935, Robertson in 1960. Als resultaat van vele jaren werk en de opeenstapeling van argumenten in 1972, creëerden Singer en Nicholson een vloeibaar mozaïekmodel van de structuur van het membraan. Verdere experimenten en studies bevestigden het werk van wetenschappers.

Betekenis

Wat is een celmembraan? Dit woord begon meer dan honderd jaar geleden te worden gebruikt, vertaald uit het Latijn betekent het "film", "huid". Geef dus de grens van de cel aan, die een natuurlijke barrière vormt tussen de interne inhoud en de externe omgeving. De structuur van het celmembraan suggereert semi-permeabiliteit, waardoor vocht en voedingsstoffen en vervalproducten er vrij doorheen kunnen gaan. Deze schaal kan de belangrijkste structurele component van de organisatie van de cel worden genoemd.

Overweeg de belangrijkste functies van het celmembraan

1. Scheidt de interne inhoud van de cel en de componenten van de externe omgeving.

2. Helpt een constante chemische samenstelling van de cel te behouden.

3. Reguleert de juiste stofwisseling.

4. Zorgt voor interconnectie tussen cellen.

5. Herkent signalen.

6. Beschermingsfunctie.

"Plasmaschelp"

Het buitenste celmembraan, ook wel het plasmamembraan genoemd, is een ultramicroscopische film van vijf tot zeven nanometer dik. Het bestaat voornamelijk uit eiwitverbindingen, fosfolide, water. De film is elastisch, neemt gemakkelijk water op en herstelt ook snel zijn integriteit na beschadiging.

Verschilt in een universele structuur. Dit membraan neemt een grenspositie in, neemt deel aan het proces van selectieve permeabiliteit, uitscheiding van vervalproducten, synthetiseert ze. relatie met buren en betrouwbare bescherming interne inhoud tegen beschadiging maakt het een belangrijk onderdeel in zaken als de structuur van de cel. Het celmembraan van dierlijke organismen blijkt soms bedekt te zijn met de dunste laag - glycocalyx, die eiwitten en polysacchariden bevat. Plantencellen buiten het membraan worden beschermd door een celwand die als ondersteuning fungeert en vorm behoudt. Het hoofdbestanddeel van de samenstelling is vezels (cellulose) - een polysacharide die onoplosbaar is in water.

Het buitenste celmembraan vervult dus de functie van reparatie, bescherming en interactie met andere cellen.

De structuur van het celmembraan

De dikte van deze beweegbare schaal varieert van zes tot tien nanometer. Het celmembraan van een cel heeft een speciale samenstelling, waarvan de basis de lipidedubbellaag is. Hydrofobe staarten, inert voor water, geplaatst met binnen, terwijl hydrofiele koppen die in wisselwerking staan ​​met water naar buiten gericht zijn. Elk lipide is een fosfolipide, dat het resultaat is van de interactie van stoffen zoals glycerol en sfingosine. De lipide-scaffold is nauw omgeven door eiwitten, die zich in een niet-continue laag bevinden. Sommigen van hen zijn ondergedompeld in de lipidelaag, de rest gaat erdoorheen. Hierdoor ontstaan ​​waterdoorlatende gebieden. De functies die door deze eiwitten worden uitgevoerd, zijn verschillend. Sommigen van hen zijn enzymen, de rest zijn transporteiwitten die verschillende stoffen van de externe omgeving naar het cytoplasma vervoeren en vice versa.

Het celmembraan is doordrongen van en nauw verbonden met integrale eiwitten, terwijl de verbinding met perifere eiwitten minder sterk is. Deze eiwitten vervullen een belangrijke functie, namelijk het in stand houden van de structuur van het membraan, het ontvangen en omzetten van signalen uit de omgeving, het transporteren van stoffen en het katalyseren van reacties die op membranen plaatsvinden.

Verbinding

De basis van het celmembraan is een bimoleculaire laag. Door zijn continuïteit heeft de cel een barrière en mechanische eigenschappen. In verschillende levensfasen kan deze dubbellaag worden verstoord. Als resultaat worden structurele defecten van doorgaande hydrofiele poriën gevormd. In dit geval kunnen absoluut alle functies van een dergelijke component als een celmembraan veranderen. In dit geval kan de kern last hebben van externe invloeden.

Eigendommen

Het celmembraan van een cel heeft interessante functies. Vanwege zijn vloeibaarheid is deze schaal geen rigide structuur en beweegt het grootste deel van de eiwitten en lipiden waaruit de samenstelling bestaat vrij op het vlak van het membraan.

Over het algemeen is het celmembraan asymmetrisch, dus de samenstelling van de eiwit- en lipidelagen is anders. Plasma mambrana in dierlijke cellen met hun eigen buitenkant hebben een glycoproteïnelaag die receptor- en signaalfuncties vervult, en speelt ook een belangrijke rol in het proces van het combineren van cellen tot weefsel. Het celmembraan is polair, dat wil zeggen dat de lading aan de buitenkant positief is en aan de binnenkant negatief. Naast al het bovenstaande heeft het celmembraan selectief inzicht.

Dit betekent dat naast water, alleen bepaalde groep moleculen en ionen van opgeloste stoffen. De concentratie van een stof als natrium is in de meeste cellen veel lager dan in de externe omgeving. Voor kaliumionen is een andere verhouding kenmerkend: hun aantal in de cel is veel hoger dan in omgeving. In dit opzicht hebben natriumionen de neiging om het celmembraan binnen te dringen en hebben kaliumionen de neiging om buiten vrij te komen. Onder deze omstandigheden activeert het membraan een speciaal systeem dat een "pompende" rol vervult en de concentratie van stoffen egaliseert: natriumionen worden naar het celoppervlak gepompt en kaliumionen worden naar binnen gepompt. Deze functie inbegrepen essentiële functies celmembraan.

Deze neiging van natrium- en kaliumionen om vanaf het oppervlak naar binnen te bewegen, speelt een grote rol bij het transport van suiker en aminozuren naar de cel. Tijdens het actief verwijderen van natriumionen uit de cel, creëert het membraan voorwaarden voor nieuwe instroom van glucose en aminozuren binnenin. Integendeel, tijdens het overbrengen van kaliumionen naar de cel, wordt het aantal "transporters" van vervalproducten van binnen de cel naar de externe omgeving aangevuld.

Hoe wordt de cel gevoed door het celmembraan?

Veel cellen nemen stoffen op via processen als fagocytose en pinocytose. In de eerste variant wordt een kleine uitsparing gecreëerd door een flexibel buitenmembraan, waarin het opgevangen deeltje zich bevindt. Dan wordt de diameter van het kuiltje groter totdat het omgeven deeltje de raakt cel cytoplasma. Door fagocytose worden sommige protozoa, zoals amoeben, evenals bloedcellen - leukocyten en fagocyten, gevoed. Evenzo absorberen cellen vloeistof die de nodige voedingsstoffen bevat. Dit fenomeen wordt pinocytose genoemd.

Het buitenmembraan is nauw verbonden met het endoplasmatisch reticulum van de cel.

In veel soorten basisweefselcomponenten bevinden uitsteeksels, plooien en microvilli zich op het oppervlak van het membraan. planten cellen de buitenkant van deze schaal is bedekt met een andere, dik en duidelijk te onderscheiden onder een microscoop. De vezels waarvan ze zijn gemaakt, vormen de ondersteuning voor plantenweefsels zoals hout. Dierlijke cellen hebben ook een aantal externe structuren die bovenop het celmembraan zitten. Ze zijn uitsluitend beschermend van aard, een voorbeeld hiervan is de chitine in de integumentaire cellen van insecten.

Naast het celmembraan is er een intracellulair membraan. Zijn functie is om de cel te verdelen in verschillende gespecialiseerde gesloten compartimenten - compartimenten of organellen, waar een bepaalde omgeving moet worden gehandhaafd.

Het is dus onmogelijk om de rol van een dergelijke component van de basiseenheid van een levend organisme als een celmembraan te overschatten. De structuur en functies impliceren een significante uitbreiding van het totale celoppervlak, verbetering van metabolische processen. Deze moleculaire structuur omvat eiwitten en lipiden. Door de cel te scheiden van de externe omgeving, zorgt het membraan voor de integriteit ervan. Met zijn hulp worden intercellulaire bindingen op een voldoende sterk niveau gehouden, waardoor weefsels worden gevormd. In dit verband kan worden geconcludeerd dat een van kritische rollen celmembraan speelt een rol in de cel. De structuur en functies die het vervult, zijn radicaal verschillend in verschillende cellen, afhankelijk van hun doel. Door deze kenmerken wordt een verscheidenheid aan fysiologische activiteit bereikt. celmembranen en hun rol in het bestaan ​​van cellen en weefsels.

Het membraan is hyperfijne structuur, die het oppervlak van organellen en de cel als geheel vormt. Alle membranen hebben een vergelijkbare structuur en zijn verbonden in één systeem.

Chemische samenstelling

Celmembranen zijn chemisch homogeen en bestaan ​​uit eiwitten en lipiden van verschillende groepen:

• fosfolipiden;
• galactolipiden;
• sulfolipiden.

Ze bevatten ook nucleïnezuren, polysachariden en andere stoffen.

Fysieke eigenschappen

Bij normale temperatuur bevinden de membranen zich in een vloeibaar-kristallijne toestand en fluctueren ze constant. Hun viscositeit ligt dicht bij die van plantaardige olie.

Het membraan is herstelbaar, sterk, elastisch en heeft poriën. De dikte van de membranen is 7 - 14 nm.

TOP 4 artikelenwie leest dit mee

Voor grote moleculen is het membraan ondoordringbaar. Kleine moleculen en ionen kunnen door de poriën en het membraan zelf gaan onder invloed van een concentratieverschil over verschillende kanten membranen, maar ook met behulp van transporteiwitten.

Model

De structuur van membranen wordt meestal beschreven met behulp van een vloeibaar mozaïekmodel. Het membraan heeft een frame - twee rijen lipidemoleculen, strak, als bakstenen, naast elkaar.

Rijst. een. biologisch membraan soort sandwich.

Aan beide zijden is het oppervlak van lipiden bedekt met eiwitten. Het mozaïekpatroon wordt gevormd door eiwitmoleculen die ongelijk verdeeld zijn over het oppervlak van het membraan.

Volgens de mate van onderdompeling in de bilipidelaag eiwit moleculen delen door drie groepen:

• transmembraan;
• ondergedompeld;
• oppervlakkig.

Eiwitten vormen de belangrijkste eigenschap van het membraan - de selectieve permeabiliteit voor verschillende stoffen.

Membraantypes

Alle celmembranen volgens lokalisatie kunnen worden onderverdeeld in: de volgende soorten:

• buitenshuis;
• nucleair;
• organel membranen.

buitenshuis cytoplasmatisch membraan, of plasmalemma, is de grens van de cel. Door verbinding te maken met elementen van het cytoskelet behoudt het zijn vorm en grootte.

Rijst. 2. Cytoskelet.

Het kernmembraan, of karyolemma, is de grens van de kerninhoud. Het is opgebouwd uit twee membranen, die erg lijken op de buitenste. Het buitenmembraan van de kern is verbonden met de membranen van het endoplasmatisch reticulum (ER) en, via poriën, met het binnenmembraan.

EPS-membranen dringen het gehele cytoplasma binnen en vormen oppervlakken waarop verschillende stoffen worden gesynthetiseerd, waaronder membraaneiwitten.

organoïde membranen

De meeste organellen hebben een membraanstructuur.

Muren zijn opgebouwd uit één membraan:

• Golgi complex;
• vacuolen;
• lysosomen.

Plastiden en mitochondriën zijn opgebouwd uit twee lagen membranen. Hun buitenste membraan is glad en de binnenste vormt vele plooien.

Kenmerken van de fotosynthetische membranen van chloroplasten zijn ingebedde chlorofylmoleculen.

Dierlijke cellen hebben aan de oppervlakte buitenmembraan koolhydraatlaag genaamd de glycocalyx.

Rijst. 3. Glycocalyx.

De glycocalyx is het meest ontwikkeld in de cellen van het darmepitheel, waar het voorwaarden schept voor de spijsvertering en het plasmolemma beschermt.

Tabel "Structuur van het celmembraan"

Wat hebben we geleerd?

We onderzochten de structuur en functies van het celmembraan. Het membraan is een selectieve (selectieve) barrière van de cel, kern en organellen. De structuur van het celmembraan wordt beschreven door een vloeibaar-mozaïekmodel. Volgens dit model zijn eiwitmoleculen ingebed in een dubbele laag viskeuze lipiden.

Onderwerp quiz

Evaluatie rapporteren

gemiddelde score: 4.5. Totaal aantal ontvangen beoordelingen: 264.