A sejtmembrán felépítése és funkciói. Külső sejtmembrán

Sejt membrán.

A sejtmembrán elválasztja bármely sejt tartalmát a külső környezettől, biztosítva annak integritását; szabályozza a sejt és a környezet közötti cserét; Az intracelluláris membránok a sejtet speciális zárt rekeszekre osztják fel - kompartmentekre vagy organellumokra, amelyekben bizonyos környezeti feltételek fennmaradnak.

Szerkezet.

A sejtmembrán a lipidek (zsírok) osztályába tartozó molekulák kettős rétege (kettős rétege), amelyek többsége úgynevezett komplex lipidek - foszfolipidek. A lipidmolekuláknak van egy hidrofil („fej”) és egy hidrofób („farok”) része. A membránok kialakulásakor a molekulák hidrofób régiói befelé, a hidrofil régiók pedig kifelé fordulnak. A membránok olyan szerkezetek, amelyek nagyon hasonlóak a különböző szervezetekben. A membrán vastagsága 7-8 nm. (10-9 méter)

Hidrofilitás- egy anyag vízzel való nedvesedésének képessége.
Hidrofóbicitás- az anyag képtelensége vízzel nedvesedni.

A biológiai membrán különféle fehérjéket is tartalmaz:
- integrál (áthatol a membránon)
- félig integrált (egyik végén a külső vagy belső lipidrétegbe merülve)
- felületes (a membrán külső oldalán vagy a belső oldalai mellett található).
Egyes fehérjék a sejtmembrán és a sejten belüli citoszkeleton, kívül pedig a sejtfal (ha van) érintkezési pontjai.

Citoszkeleton- sejtváz egy sejten belül.

Funkciók.

1) Gát- szabályozott, szelektív, passzív és aktív anyagcserét biztosít a környezettel.

2) Szállítás- az anyagok sejtbe- és kiszállítása a membránmátrixon keresztül történik - biztosítja a membránfehérjék meghatározott relatív helyzetét és orientációját, optimális kölcsönhatásukat.

3) Mechanikus- biztosítja a sejt autonómiáját, sejten belüli struktúráit, valamint más sejtekkel való kapcsolatot (a szövetekben) Az intercelluláris anyag nagy szerepet játszik a mechanikai működés biztosításában.

4) Receptor- a membránban elhelyezkedő egyes fehérjék receptorok (molekulák, amelyek segítségével a sejt bizonyos jeleket érzékel).

Például a vérben keringő hormonok csak azokra a célsejtekre hatnak, amelyek rendelkeznek ezeknek a hormonoknak megfelelő receptorokkal. A neurotranszmitterek (az idegimpulzusok vezetését biztosító vegyszerek) speciális receptorfehérjékhez is kötődnek a célsejtekben.

Hormonok- biológiailag aktív jelátviteli vegyszerek.

5) Enzimatikus- a membránfehérjék gyakran enzimek. Például a bélhámsejtek plazmamembránjai emésztőenzimeket tartalmaznak.

6) Biopotenciálok generálásának és vezetésének megvalósítása.
A membrán segítségével állandó ionkoncentrációt tartanak fenn a sejtben: a sejten belüli K+-ion koncentrációja sokkal magasabb, mint a külső, a Na+-koncentráció pedig jóval alacsonyabb, ami nagyon fontos, hiszen ez biztosítja a potenciálkülönbség fenntartása a membránon és az idegimpulzus generálása.

Ingerület – idegrost mentén továbbított gerjesztési hullám.

7) Sejtjelölés- antigének vannak a membránon, amelyek markerként működnek - „címkék”, amelyek lehetővé teszik a sejt azonosítását. Ezek glikoproteinek (vagyis olyan fehérjék, amelyekhez elágazó oligoszacharid oldalláncok kapcsolódnak), amelyek az „antennák” szerepét töltik be. A számtalan oldallánc-konfiguráció miatt lehetőség van minden sejttípushoz külön markert készíteni. A markerek segítségével a sejtek felismerhetnek más sejteket, és azokkal együtt tudnak működni, például szervek és szövetek kialakításában. Ez azt is lehetővé teszi, hogy az immunrendszer felismerje az idegen antigéneket.

Az áteresztőképesség jellemzői.

A sejtmembránok szelektíven áteresztőek: lassan, különböző módokon hatolnak be:

• A glükóz a fő energiaforrás.
• Az aminosavak azok az építőkövei, amelyek a szervezet összes fehérjét alkotják.
• Zsírsavak – szerkezeti, energetikai és egyéb funkciók.
• Glicerin – vízvisszatartást okoz a szervezetben, és csökkenti a vizelettermelést.
• Az ionok a reakciók enzimei.

Ezenkívül maguk a membránok bizonyos mértékig aktívan szabályozzák ezt a folyamatot - egyes anyagok áthaladnak, míg mások nem. Négy fő mechanizmus létezik az anyagoknak a sejtbe való bejutására vagy a sejtből kifelé történő eltávolítására:

Passzív permeabilitási mechanizmusok:

1) Diffúzió.

Ennek a mechanizmusnak egy változata a megkönnyített diffúzió, amelyben egy adott molekula segíti az anyagot átjutni a membránon. Ennek a molekulának lehet egy csatornája, amelyen csak egyfajta anyag jut át.

diffúzió- az egyik anyag molekuláinak kölcsönös behatolása egy másik anyag molekulái közé.

Ozmózis– az egyirányú diffúzió folyamata az oldószermolekulák féligáteresztő membránján keresztül az oldott anyag nagyobb koncentrációja felé.

A normál vérsejtet körülvevő membrán csak a víz, az oxigén, a vérben oldott tápanyagok egy része és a sejthulladékok számára áteresztő.

Aktív permeabilitási mechanizmusok:

1) Aktív szállítás.

Aktiv szállitás– anyag átvitele alacsony koncentrációjú területről magas koncentrációjú területre.

Az aktív szállítás energiát igényel, mivel az alacsony koncentrációjú területről a magas koncentrációjú területre történik. A membránon speciális pumpás fehérjék találhatók, amelyek aktívan pumpálják a káliumionokat (K+) a sejtbe, és nátriumionokat (Na+) pumpálnak ki belőle, ATP-t használva energiaként.

ATP– univerzális energiaforrás minden biokémiai folyamathoz. .(a többit később)

2) Endocitózis.

Azok a részecskék, amelyek valamilyen okból nem képesek átjutni a sejtmembránon, de a sejt számára szükségesek, endocitózissal átjuthatnak a membránon.

Endocitózis– a külső anyag sejt általi felvételének folyamata.

A membrán szelektív permeabilitása a passzív transzport során a speciális csatornáknak - integrált fehérjéknek köszönhető. Közvetlenül áthatolnak a membránon, egyfajta átjárót képezve. A K, Na és Cl elemek saját csatornákkal rendelkeznek. A koncentráció gradienshez viszonyítva ezen elemek molekulái be- és kimozdulnak a sejtbe. Irritáció esetén a nátriumion csatornák megnyílnak, és hirtelen nátriumionok áramlanak be a sejtbe. Ebben az esetben a membránpotenciál egyensúlyhiánya lép fel. Ezután a membránpotenciál helyreáll. A káliumcsatornák mindig nyitva vannak, így a káliumionok lassan bejutnak a sejtbe.

Membrán szerkezet

Áteresztőképesség

Aktiv szállitás

Ozmózis

Endocitózis

Biológiai membránok.
A „membrán” kifejezést (latinul membrana – bőr, film) több mint 100 éve kezdték használni egy olyan sejthatár megjelölésére, amely egyrészt gátként szolgál a sejt tartalma és a külső környezet között, ill. másrészt félig áteresztő válaszfalként, amelyen áthaladhat a víz és néhány anyag. A membrán funkciói azonban nem korlátozódnak erre, mivel a biológiai membránok képezik a sejt szerkezeti szerveződésének alapját.
Membrán szerkezet. E modell szerint a fő membrán egy lipid kettős réteg, amelyben a molekulák hidrofób farkai befelé, a hidrofil fejek pedig kifelé néznek. A lipideket foszfolipidek képviselik - a glicerin vagy a szfingozin származékai. A fehérjék a lipidréteghez kapcsolódnak. Az integrált (transzmembrán) fehérjék áthatolnak a membránon, és szorosan kapcsolódnak hozzá; a perifériások nem hatolnak be és kevésbé szorosan kapcsolódnak a membránhoz. A membránfehérjék funkciói: membránszerkezet fenntartása, a környezetből érkező jelek fogadása és átalakítása. környezet, bizonyos anyagok transzportja, membránokon lejátszódó reakciók katalízise. A membrán vastagsága 6-10 nm.

A membrán tulajdonságai:
1. Folyékonyság. A membrán nem merev szerkezet, az alkotó fehérjék és lipidek többsége a membrán síkjában mozoghat.
2. Aszimmetria. Mind a fehérjék, mind a lipidek külső és belső rétegének összetétele eltérő. Ezenkívül az állati sejtek plazmamembránjain kívül található egy glikoprotein réteg (glikokalix, amely jelátviteli és receptor funkciókat lát el, és a sejtek szövetekké történő egyesítése szempontjából is fontos)
3. Polaritás. A membrán külső oldala pozitív, a belső oldala negatív töltést hordoz.
4. Szelektív permeabilitás. Az élő sejtek membránja a vízen kívül csak bizonyos molekulákat és oldott anyagok ionjait engedi át (A „féláteresztőképesség” kifejezés használata a sejtmembránokkal kapcsolatban nem teljesen helyes, mivel ez a fogalom azt jelenti, hogy. a membrán csak az oldószermolekulákat engedi át, miközben megtartja az oldott anyagok összes molekuláját és ionját.)

A külső sejtmembrán (plazmalemma) egy 7,5 nm vastag ultramikroszkópos film, amely fehérjékből, foszfolipidekből és vízből áll. Elasztikus fólia, amelyet a víz jól nedvesít, és sérülés után gyorsan visszaállítja sértetlenségét. Univerzális szerkezetű, minden biológiai membránra jellemző. Ennek a membránnak a határhelyzete, a szelektív permeabilitás, a pinocitózis, a fagocitózis, a kiválasztás és a szintézis folyamataiban való részvétele, a szomszédos sejtekkel való kölcsönhatás és a sejt károsodás elleni védelme rendkívül fontossá teszi szerepét. A membránon kívüli állati sejteket néha poliszacharidokból és fehérjékből álló vékony réteg borítja - a glikokalix. A növényi sejtekben a sejtmembránon kívül egy erős sejtfal található, amely külső támaszt képez és megtartja a sejt alakját. Rostból (cellulózból), vízben oldhatatlan poliszacharidból áll.

Rövid leírás:

Sazonov V.F. 1_1 A sejtmembrán szerkezete [Elektronikus forrás] // Kineziológus, 2009-2018: [weboldal]. Frissítés dátuma: 2018.02.06..__.201_). _Leírják a sejtmembrán szerkezetét és működését (szinonimák: plazmalemma, plazmalemma, biomembrán, sejthártya, külső sejthártya, sejthártya, citoplazma membrán). Ez a kezdeti információ szükséges mind a citológiához, mind az idegi tevékenység folyamatainak megértéséhez: idegi gerjesztés, gátlás, szinapszisok és szenzoros receptorok működése.

Sejtmembrán (plazma) A lemma vagy plazma O lemma)

A fogalom meghatározása

A sejtmembrán (szinonimák: plazmalemma, plazmalemma, citoplazmatikus membrán, biomembrán) egy hármas lipoprotein (azaz „zsír-protein”) membrán, amely elválasztja a sejtet a környezettől, és szabályozott cserét és kommunikációt végez a sejt és környezete között.

Ebben a meghatározásban nem az a lényeg, hogy a membrán választja el a sejtet a környezettől, hanem pontosan az, hogy az összeköt sejt a környezettel. A membrán az aktív a sejt szerkezete, folyamatosan működik.

A biológiai membrán foszfolipidek ultravékony bimolekuláris filmje, amely fehérjékkel és poliszacharidokkal van bevonva. Ez a sejtszerkezet képezi az élő szervezet gát-, mechanikai és mátrixtulajdonságait (Antonov V.F., 1996).

Egy membrán figuratív ábrázolása

Számomra a sejthártya úgy néz ki, mint egy rácsos kerítés, sok ajtóval, amely körülvesz egy bizonyos területet. Ezen a kerítésen keresztül bármely kis élőlény szabadon mozoghat ide-oda. Ám a nagyobb látogatók csak ajtókon léphetnek be, és akkor sem minden ajtón. A különböző látogatóknak csak a saját ajtajukhoz van kulcsuk, és nem mehetnek be mások ajtaján. Így ezen a kerítésen keresztül folyamatosan özönlenek a látogatók oda-vissza, mert a membránkerítés fő funkciója kettős: elválasztani a területet a környező tértől, és egyben összekötni a környező térrel. Ezért van sok lyuk és ajtó a kerítésen - !

A membrán tulajdonságai

1. Permeabilitás.

2. Félig áteresztőképesség (részleges permeabilitás).

3. Szelektív (szinonimája: szelektív) permeabilitás.

4. Aktív permeabilitás (szinonimája: aktív transzport).

5. Ellenőrzött permeabilitás.

Amint látja, a membrán fő tulajdonsága a különböző anyagokkal szembeni áteresztőképessége.

6. Fagocitózis és pinocitózis.

7. Exocitózis.

8. Elektromos és kémiai potenciálok jelenléte, vagy inkább a membrán belső és külső oldala közötti potenciálkülönbség. Képletesen ezt mondhatjuk "a membrán az ionáramlás szabályozásával "elektromos elemmé" változtatja a cellát.. Részletek: .

9. Az elektromos és kémiai potenciál változásai.

10. Ingerlékenység. A membránon elhelyezkedő speciális molekuláris receptorok kapcsolódhatnak jelző (kontroll) anyagokkal, aminek következtében a membrán és az egész sejt állapota megváltozhat. A molekuláris receptorok biokémiai reakciókat indítanak el válaszul a ligandumok (kontroll anyagok) velük való kapcsolódására. Fontos megjegyezni, hogy a jeladó anyag kívülről hat a receptorra, és a változások a sejten belül folytatódnak. Kiderült, hogy a membrán információt továbbított a környezetből a sejt belső környezetébe.

11. Katalitikus enzimaktivitás. Az enzimek beágyazódhatnak a membránba, vagy annak felületéhez kapcsolódnak (sejten belül és kívül egyaránt), és ott fejtik ki enzimatikus tevékenységüket.

12. A felület alakjának és területének megváltoztatása. Ez lehetővé teszi, hogy a membrán kinövéseket képezzen kifelé, vagy fordítva, behatolást a sejtbe.

13. Más sejtmembránokkal való kapcsolatteremtés képessége.

14. Tapadás - a kemény felületekhez való ragaszkodás képessége.

A membrán tulajdonságainak rövid listája

• Áteresztőképesség.
• Endocitózis, exocitózis, transzcitózis.
• Lehetőségek.
• Ingerlékenység.
• Enzimaktivitás.
• Kapcsolatok.
• Tapadás.

Membrán funkciók

1. A belső tartalmak nem teljes elkülönítése a külső környezettől.

2. A sejtmembrán működésében az a fő csere különféle anyagokat a sejt és az intercelluláris környezet között. Ez a membrán áteresztőképességének köszönhető. Ezenkívül a membrán szabályozza ezt a cserét a permeabilitásának szabályozásával.

3. A membrán másik fontos funkciója az különbséget hozva létre a kémiai és elektromos potenciálok között belső és külső oldala között. Emiatt a cella belsejében negatív elektromos potenciál van - .

4. A membrán is végrehajtja információcsere a sejt és környezete között. A membránon elhelyezkedő speciális molekuláris receptorok szabályozó anyagokhoz (hormonokhoz, közvetítőkhöz, modulátorokhoz) kötődve biokémiai reakciókat indíthatnak el a sejtben, ami a sejt működésében vagy szerkezetében különböző változásokhoz vezet.

Videó:A sejtmembrán szerkezete

Videó előadás:Részletek a membrán szerkezetéről és szállításáról

Membrán szerkezet

A sejtmembrán univerzális háromrétegű szerkezet. Középső zsírrétege összefüggő, a felső és alsó fehérjeréteg külön fehérjeterületekből álló mozaik formájában borítja. A zsírréteg az az alap, amely biztosítja a sejt elszigetelését a környezettől, elszigetelve azt a környezettől. Önmagában nagyon rosszul engedi át a vízben oldódó anyagokat, de könnyen átengedi a zsírban oldódó anyagokat. Ezért a membrán vízoldható anyagok (például ionok) áteresztőképességét speciális fehérjeszerkezetekkel kell biztosítani - ill.

Az alábbiakban az érintkező sejtek valódi sejtmembránjainak mikroképei láthatók, amelyeket elektronmikroszkóppal készítettek, valamint egy sematikus rajz, amely a membrán háromrétegű szerkezetét és fehérjerétegeinek mozaik jellegét mutatja. A kép nagyításához kattintson rá.

Külön kép a sejtmembrán belső lipid (zsír) rétegéről, integrált beágyazott fehérjékkel átjárva. A felső és az alsó fehérjeréteget eltávolítottuk, hogy ne zavarják a lipid kettősréteg megtekintését

Fenti ábra: Egy sejtmembrán (sejtmembrán) részleges sematikus ábrázolása, a Wikipédián.

Felhívjuk figyelmét, hogy itt a külső és a belső fehérjeréteget eltávolítottuk a membránról, hogy jobban lássuk a központi zsírlipid kettősréteget. Egy igazi sejtmembránban nagy fehérje „szigetek” lebegnek a zsírréteg felett és alatt (az ábrán kis golyók), és a membrán vastagabbnak, háromrétegűnek bizonyul: fehérje-zsír-fehérje . Tehát tulajdonképpen olyan ez, mint egy két fehérje "kenyérdarabból" álló szendvics, a közepén egy zsíros "vaj" réteggel, pl. háromrétegű szerkezete van, nem kétrétegű.

Ezen a képen a kis kék és fehér golyók a lipidek hidrofil (nedvesíthető) „fejeinek”, a hozzájuk kapcsolódó „húrok” pedig a hidrofób (nem nedvesíthető) „faroknak” felelnek meg. A fehérjék közül csak az integrált, end-to-end membránfehérjéket (vörös golyócskákat és sárga hélixeket) mutatjuk be. A membránon belüli sárga ovális pontok koleszterinmolekulák. A membrán külső oldalán lévő gyöngyök sárga-zöld láncai a glikokalixot alkotó oligoszacharidok láncai. A glikokalix egyfajta szénhidrát („cukor”) „pelyhe” a membránon, amelyet a belőle kilógó hosszú szénhidrát-fehérje molekulák alkotnak.

Az élő egy kis „fehérje-zsír tasak”, amely félig folyékony zselészerű tartalommal van megtöltve, amelyet filmek és csövek átitatnak.

Ennek a zsáknak a falait kettős zsíros (lipid) film alkotja, amelyet belül és kívül fehérjék borítanak - a sejtmembrán. Ezért azt mondják, hogy a membránnak van háromrétegű szerkezet : fehérjék-zsír-fehérjék. A sejt belsejében sok hasonló zsírhártya is található, amelyek a belső terét részekre osztják. Ugyanazok a membránok veszik körül a sejtszervecskéket: sejtmagot, mitokondriumokat, kloroplasztiszokat. Tehát a membrán egy univerzális molekulaszerkezet, amely minden sejtben és minden élő szervezetben közös.

A bal oldalon már nem egy biológiai membrán egy darabjának valódi, hanem mesterséges modellje látható: ez egy pillanatnyi pillanatfelvétel egy zsíros foszfolipid kettősrétegről (vagyis egy kettős rétegről) a molekuladinamikai szimuláció folyamatában. A modell számítási cellája látható - 96 PC-molekula ( f oszfatidil x olina) és 2304 vízmolekula, összesen 20544 atom.

A jobb oldalon ugyanazon lipid egyetlen molekulájának vizuális modellje látható, amelyből a membránlipid kettős réteg összeáll. Felül hidrofil (vízkedvelő) feje van, alul pedig két hidrofób (víztől félő) farok található. Ennek a lipidnek egyszerű neve van: 1-szteroil-2-dokozahexaenoil-Sn-glicero-3-foszfatidilkolin (18:0/22:6(n-3)cisz PC), de nem kell emlékeznie rá, hacsak nem azt tervezed, hogy tudásod mélységével elájulod a tanárodat.

A sejt pontosabb tudományos meghatározása adható:

A biopolimerek rendezett, strukturált, heterogén rendszere, amelyet egy aktív membrán határol, egyetlen anyagcsere-, energia- és információs folyamatban vesz részt, és egyben a teljes rendszer egészét fenntartja és reprodukálja.

A sejt belsejében szintén membránok vannak átjárva, a membránok között pedig nem víz, hanem változó sűrűségű viszkózus gél/szol található. Ezért a sejtben kölcsönhatásba lépő molekulák nem lebegnek szabadon, mint egy vizes oldatos kémcsőben, hanem többnyire a citoszkeleton vagy az intracelluláris membránok polimer szerkezetein ülnek (immobilizálva). A kémiai reakciók ezért a sejten belül szinte úgy mennek végbe, mintha szilárd, semmint folyadékban lennének. A sejtet körülvevő külső membrán is enzimekkel és molekuláris receptorokkal van bélelve, így nagyon aktív része a sejtnek.

A sejtmembrán (plazmalemma, plazmolemma) egy aktív membrán, amely elválasztja a sejtet a környezettől és összeköti a környezettel. © Sazonov V.F., 2016.

A membrán ezen definíciójából az következik, hogy nemcsak a sejtet korlátozza, hanem aktívan dolgozik, összekapcsolva a környezetével.

A membránokat alkotó zsír különleges, ezért molekuláit nem csak zsírnak szokták nevezni, hanem "lipidek", "foszfolipidek", "szfingolipidek". A membránfólia dupla, azaz két egymáshoz ragasztott filmből áll. Ezért a tankönyvekben azt írják, hogy a sejtmembrán alapja két lipidrétegből áll (vagy " kétrétegű", azaz egy kettős réteg). Minden egyes lipidrétegnél az egyik oldalt meg lehet nedvesíteni vízzel, de a másikat nem. Tehát ezek a filmek pontosan a nem nedvesíthető oldalukkal tapadnak egymáshoz.

Baktérium membrán

A Gram-negatív baktériumok prokarióta sejtfala több rétegből áll, az alábbi ábrán látható.
A gram-negatív baktériumok héjának rétegei:
1. Belső háromrétegű citoplazma membrán, amely érintkezik a citoplazmával.
2. Sejtfal, amely mureinból áll.
3. A külső háromrétegű citoplazmatikus membrán, amely ugyanazt a lipidrendszert tartalmazza fehérje komplexekkel, mint a belső membrán.
A Gram-negatív baktériumsejtek kommunikációja a külvilággal egy ilyen összetett háromlépcsős struktúrán keresztül nem ad előnyt a túlélésben zord körülmények között a kevésbé erős membránnal rendelkező gram-pozitív baktériumokhoz képest. Nem tolerálják a magas hőmérsékletet, a fokozott savasságot és a nyomásváltozásokat sem.

Videó előadás:Plazma membrán. E.V. Cheval, Ph.D.

Videó előadás:A membrán mint sejthatár. A. Ilyaskin

A membrán ioncsatornáinak jelentősége

Könnyen megérthető, hogy a membrán zsírrétegén keresztül csak zsírban oldódó anyagok tudnak behatolni a sejtbe. Ezek zsírok, alkoholok, gázok. Például a vörösvértestekben az oxigén és a szén-dioxid könnyen be- és kijut a membránon keresztül. De a víz és a vízben oldódó anyagok (például ionok) egyszerűen nem jutnak át a membránon egyetlen sejtbe sem. Ez azt jelenti, hogy speciális lyukakat igényelnek. De ha csak lyukat csinálsz a zsíros filmbe, az azonnal visszazáródik. Mit kell tenni? Megoldást találtak a természetben: speciális fehérjetranszport struktúrákat kell készíteni és át kell feszíteni a membránon. Pontosan így képződnek csatornák a zsírban oldhatatlan anyagok áthaladásához - a sejtmembrán ioncsatornái.

Tehát, hogy membránja további permeabilitási tulajdonságokat adjon a poláris molekuláknak (ionoknak és víznek), a sejt speciális fehérjéket szintetizál a citoplazmában, amelyek aztán beépülnek a membránba. Két típusuk van: transzport fehérjék (például transzport ATPázok) és csatornaképző fehérjék (csatornaépítők). Ezek a fehérjék a membrán zsíros kettős rétegébe ágyazódnak be, és transzporterek vagy ioncsatornák formájában transzportstruktúrákat alkotnak. Különféle vízben oldódó anyagok, amelyek egyébként nem tudnak átjutni a zsíros membránfilmen, most átjuthatnak ezeken a szállító struktúrákon.

Általában a membránba ágyazott fehérjéket is ún integrál, éppen azért, mert úgy tűnik, hogy benne vannak a membránban és áthatolnak rajta. Más fehérjék, amelyek nem integráltak, szigeteket alkotnak, mintegy „lebegve” a membrán felszínén: vagy a külső felületén, vagy a belső felületén. Hiszen mindenki tudja, hogy a zsír jó kenőanyag, és könnyű rajta csúszni!

következtetéseket

1. Általában a membrán háromrétegű:

1) fehérje „szigetek” külső rétege,

2) zsíros kétrétegű „tenger” (lipid kettős réteg), azaz. kettős lipid film,

3) fehérje „szigetek” belső rétege.

De van egy laza külső réteg is - a glikokalix, amelyet a membránból kiálló glikoproteinek képeznek. Ezek molekuláris receptorok, amelyekhez a jelátvitelt szabályozó anyagok kötődnek.

2. A membránba speciális fehérjeszerkezeteket építenek be, biztosítva annak áteresztőképességét ionokkal vagy más anyagokkal szemben. Nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy egyes helyeken a zsírtengert át- és átjárják az integrált fehérjék. És az integrált fehérjék azok, amelyek különlegesek szállító szerkezetek sejtmembrán (lásd az 1_2. szakasz Membrántranszport mechanizmusok). Rajtuk keresztül az anyagok bejutnak a sejtbe, és a sejtből kifelé is távoznak.

3. A membrán bármely oldalán (külső és belső), valamint a membránon belül is elhelyezkedhetnek enzimfehérjék, amelyek mind magának a membránnak az állapotát, mind az egész sejt életét befolyásolják.

A sejtmembrán tehát egy aktív, változó szerkezet, amely az egész sejt érdekében aktívan működik, és összeköti azt a külvilággal, és nem csupán „védőburok”. Ez a legfontosabb dolog, amit a sejtmembránról tudni kell.

Az orvostudományban a membránfehérjéket gyakran használják gyógyszerek „célpontjaként”. Ilyen célpontok közé tartoznak a receptorok, ioncsatornák, enzimek és transzportrendszerek. Az utóbbi időben a membrán mellett a sejtmagban megbúvó gének is a gyógyszerek célpontjaivá váltak.

Videó:Bevezetés a sejtmembrán biofizikájába: 1. membránszerkezet (Vladimirov Yu.A.)

Videó:A sejtmembrán története, szerkezete és funkciói: 2. membránszerkezet (Vladimirov Yu.A.)

© 2010-2018 Sazonov V.F., © 2010-2016 kineziolog.bodhy.

A sejtmembrán egy ultravékony film a sejt vagy sejtszervecskék felszínén, amely lipidek bimolekuláris rétegéből áll, beágyazott fehérjékkel és poliszacharidokkal.

A membrán funkciói:

• · Barrier – szabályozott, szelektív, passzív és aktív anyagcserét biztosít a környezettel. Például a peroxiszóma membrán megvédi a citoplazmát a sejtre veszélyes peroxidoktól. A szelektív permeabilitás azt jelenti, hogy a membrán különböző atomok vagy molekulák permeabilitása azok méretétől, elektromos töltésétől és kémiai tulajdonságaitól függ. A szelektív permeabilitás biztosítja, hogy a sejt és a sejtrekesz elkülönüljön a környezettől és el legyen látva a szükséges anyagokkal.
• · Szállítás – az anyagok sejtbe és sejtből történő szállítása a membránon keresztül történik. A membránokon keresztül történő szállítás biztosítja: tápanyagok szállítását, anyagcsere végtermékek eltávolítását, különféle anyagok kiválasztását, iongradiensek létrehozását, a sejtenzimek működéséhez szükséges optimális pH és ionkoncentráció fenntartását a sejtben. Olyan részecskék, amelyek bármilyen okból nem képesek átjutni a foszfolipid kettősrétegen (például hidrofil tulajdonságok miatt, mivel a belsejében lévő membrán hidrofób és nem engedi át a hidrofil anyagokat, vagy nagy méretük miatt), de szükségesek a sejt számára , speciális hordozófehérjéken (transzportereken) és csatornafehérjéken keresztül vagy endocitózissal áthatolhatnak a membránon. A passzív transzport során az anyagok átjutnak a lipid kettős rétegen anélkül, hogy diffúzió útján energiát pazarolnának a koncentrációgradiens mentén. Ennek a mechanizmusnak egy változata a megkönnyített diffúzió, amelyben egy adott molekula segíti az anyagot átjutni a membránon. Ennek a molekulának lehet egy csatornája, amelyen csak egyfajta anyag jut át. Az aktív transzport energiát igényel, mivel koncentrációgradiens ellenében történik. A membránon speciális pumpás fehérjék találhatók, köztük az ATPáz, amely aktívan pumpálja a káliumionokat (K +) a sejtbe, és nátriumionokat (Na +) pumpál ki belőle.
• · mátrix - biztosítja a membránfehérjék bizonyos relatív helyzetét és orientációját, optimális kölcsönhatásukat.
• · mechanikus - biztosítja a sejt autonómiáját, intracelluláris struktúráit, valamint más sejtekkel (szövetekben) való kapcsolatot. A sejtfalak nagy szerepet játszanak a mechanikai működés biztosításában, állatoknál pedig az intercelluláris anyag.
• · energia - a kloroplasztiszokban a fotoszintézis és a mitokondriumokban a sejtlégzés során azok membránjaiban energiatranszfer rendszerek működnek, amelyekben fehérjék is részt vesznek;
• · receptor - egyes, a membránban elhelyezkedő fehérjék receptorok (molekulák, amelyek segítségével a sejt bizonyos jeleket érzékel). Például a vérben keringő hormonok csak azokra a célsejtekre hatnak, amelyek rendelkeznek ezeknek a hormonoknak megfelelő receptorokkal. A neurotranszmitterek (az idegimpulzusok vezetését biztosító vegyszerek) speciális receptorfehérjékhez is kötődnek a célsejtekben.
• · enzimatikus – a membránfehérjék gyakran enzimek. Például a bélhámsejtek plazmamembránjai emésztőenzimeket tartalmaznak.
• · biopotenciálok generálásának és vezetésének megvalósítása. A membrán segítségével a sejtben állandó ionkoncentrációt tartanak fenn: a sejten belül a K + ion koncentrációja sokkal magasabb, mint a külső, a Na + koncentrációja pedig sokkal alacsonyabb, ami nagyon fontos, hiszen ez biztosítja a potenciálkülönbség fenntartását a membránon és az idegimpulzus generálását.
• · sejtjelölés – a membránon antigének vannak, amelyek markerként működnek – „címkék”, amelyek lehetővé teszik a sejt azonosítását. Ezek glikoproteinek (vagyis olyan fehérjék, amelyekhez elágazó oligoszacharid oldalláncok kapcsolódnak), amelyek az „antennák” szerepét töltik be. A számtalan oldallánc-konfiguráció miatt lehetőség van minden sejttípushoz külön markert készíteni. A markerek segítségével a sejtek felismerhetnek más sejteket, és azokkal együtt tudnak működni, például szervek és szövetek kialakításában. Ez azt is lehetővé teszi, hogy az immunrendszer felismerje az idegen antigéneket.

Egyes fehérjemolekulák szabadon diffundálnak a lipidréteg síkjában; normál állapotban a sejtmembrán különböző oldalain felbukkanó fehérjemolekulák részei nem változtatják helyzetüket.

A sejtmembránok speciális morfológiája meghatározza azok elektromos jellemzőit, amelyek közül a legfontosabb a kapacitás és a vezetőképesség.

A kapacitív tulajdonságokat elsősorban a foszfolipid kettős réteg határozza meg, amely a hidratált ionok számára áthatolhatatlan, ugyanakkor elég vékony (kb. 5 nm), hogy lehetővé tegye a hatékony töltésleválasztást és tárolást, valamint a kationok és anionok elektrosztatikus kölcsönhatását. Emellett a sejtmembránok kapacitív tulajdonságai az egyik oka annak, ami meghatározza a sejtmembránokon végbemenő elektromos folyamatok időbeli jellemzőit.

A vezetőképesség (g) az elektromos ellenállás reciprok értéke, és egyenlő az adott ion teljes transzmembránáramának és a transzmembrán potenciálkülönbséget meghatározó értéknek az arányával.

Különféle anyagok diffundálhatnak át a foszfolipid kettősrétegen, és a permeabilitás mértéke (P), azaz a sejtmembrán azon képessége, hogy képes-e átjutni ezeken az anyagokon, függ a diffúziós anyag membrán két oldalán lévő koncentrációjának különbségétől, oldhatóságától. a lipidekben és a sejtmembrán tulajdonságaiban. A töltött ionok diffúziós sebességét állandó térviszonyok mellett a membránban az ionok mobilitása, a membrán vastagsága és az ionok membránban való eloszlása ​​határozza meg. A nemelektrolitok esetében a membrán permeabilitása nem befolyásolja vezetőképességét, mivel a nem elektrolitok nem hordoznak töltéseket, azaz nem hordozhatnak elektromos áramot.

A membrán vezetőképessége az ionpermeabilitásának mértéke. A vezetőképesség növekedése a membránon áthaladó ionok számának növekedését jelzi.

A biológiai membránok fontos tulajdonsága a folyékonyság. Valamennyi sejtmembrán mozgékony folyékony szerkezet: lipid- és fehérjemolekuláinak többsége elég gyorsan képes mozogni a membrán síkjában.

Citoplazma- a sejt kötelező része, a plazmamembrán és a sejtmag közé zárva; hialoplazmára (a citoplazma fő anyaga), organellákra (a citoplazma állandó összetevői) és zárványokra (a citoplazma ideiglenes összetevői) oszlik. A citoplazma kémiai összetétele: az alap a víz (a citoplazma teljes tömegének 60-90%-a), különféle szerves és szervetlen vegyületek. A citoplazmában lúgos reakció van. Az eukarióta sejt citoplazmájának jellemző sajátossága az állandó mozgás ( ciklózis). Elsősorban sejtszervecskék, például kloroplasztiszok mozgása révén észlelhető. Ha a citoplazma mozgása leáll, a sejt elpusztul, hiszen csak állandó mozgásban tudja ellátni funkcióit.

Hyaloplasma ( citoszol) színtelen, nyálkás, vastag és átlátszó kolloid oldat. Ebben zajlik le minden anyagcsere-folyamat, ez biztosítja a mag és az összes organellum összekapcsolódását. A folyékony rész vagy a nagy molekulák túlsúlyától függően a hialoplazmában a hialoplazma két formáját különböztetjük meg: sol- folyékonyabb hyaloplasma és gél- vastagabb hialoplazma. Kölcsönös átmenet lehetséges köztük: a gél szollá alakul és fordítva.

A citoplazma funkciói:

1. az összes sejtkomponens egyetlen rendszerbe való egyesítése,
2. környezet számos biokémiai és élettani folyamat lefolyásához,
3. környezet az organellumok létezéséhez és működéséhez.

Sejtmembránok

Sejtmembránok korlátozza az eukarióta sejteket. Minden sejtmembránban legalább két réteget lehet megkülönböztetni. A belső réteg a citoplazmával szomszédos, és a jelképezi plazma membrán(szinonimák - plasmalemma, sejtmembrán, citoplazmatikus membrán), amelyen a külső réteg képződik. Állati sejtben vékony és ún glikokalix(glikoproteinek, glikolipidek, lipoproteinek alkotják), növényi sejtben - vastag, ún. sejtfal(cellulóz alkotja).

Minden biológiai membránnak közös szerkezeti jellemzői és tulajdonságai vannak. Jelenleg általánosan elfogadott membránszerkezet folyadékmozaik modellje. A membrán alapja egy lipid kettős réteg, amelyet főleg foszfolipidek alkotnak. A foszfolipidek olyan trigliceridek, amelyekben az egyik zsírsavmaradékot foszforsavmaradék helyettesíti; a molekula foszforsavmaradékot tartalmazó szakaszát hidrofil fejnek, a zsírsavmaradékot tartalmazó szakaszokat hidrofób farkaknak nevezzük. A membránban a foszfolipidek szigorúan rendezetten helyezkednek el: a molekulák hidrofób farkai egymással szemben, a hidrofil fejek pedig kifelé, a víz felé néznek.

A lipideken kívül a membrán fehérjéket is tartalmaz (átlagosan ≈ 60%). Ezek határozzák meg a membrán specifikus funkcióinak nagy részét (bizonyos molekulák transzportja, reakciók katalízise, ​​a környezetből érkező jelek fogadása és átalakítása stb.). Vannak: 1) perifériás fehérjék(a lipid kettős réteg külső vagy belső felületén található), 2) félig integrált fehérjék(változó mélységig a lipid kettős rétegbe merülve), 3) integrált vagy transzmembrán fehérjék(átszúrja a membránt, érintkezve a sejt külső és belső környezetével is). Az integrál fehérjéket bizonyos esetekben csatornaképző vagy csatornafehérjéknek nevezik, mivel hidrofil csatornáknak tekinthetők, amelyeken keresztül a poláris molekulák bejutnak a sejtbe (a membrán lipidkomponense nem engedi át őket).

A - hidrofil foszfolipid fej; B - hidrofób foszfolipid farok; 1 - az E és F fehérjék hidrofób régiói; 2 – az F fehérje hidrofil régiói; 3 - elágazó oligoszacharid lánc, amely egy lipidhez kapcsolódik egy glikolipid molekulában (a glikolipidek ritkábban fordulnak elő, mint a glikoproteinek); 4 - elágazó oligoszacharid lánc, amely egy fehérjéhez kapcsolódik egy glikoprotein molekulában; 5 - hidrofil csatorna (pórusként működik, amelyen keresztül az ionok és néhány poláris molekula átjuthat).

A membrán szénhidrátot tartalmazhat (legfeljebb 10%). A membránok szénhidrát komponensét fehérjemolekulákhoz (glikoproteinekhez) vagy lipidekhez (glikolipidekhez) kapcsolódó oligoszacharid vagy poliszacharid láncok képviselik. A szénhidrátok főként a membrán külső felületén helyezkednek el. A szénhidrátok biztosítják a membrán receptor funkcióit. Az állati sejtekben a glikoproteinek egy membrán feletti komplexet, a glikokalixot alkotnak, amely több tíz nanométer vastag. Sok sejtreceptort tartalmaz, segítségével sejtadhézió jön létre.

A fehérjék, szénhidrátok és lipidek molekulái mozgékonyak, képesek a membrán síkjában mozogni. A plazmamembrán vastagsága körülbelül 7,5 nm.

A membránok funkciói

A membránok a következő funkciókat látják el:

1. a sejttartalom elkülönítése a külső környezettől,
2. a sejt és a környezet közötti anyagcsere szabályozása,
3. a sejt felosztása rekeszekre („rekeszek”),
4. az „enzimatikus szállítószalagok” lokalizációjának helye,
5. a sejtek közötti kommunikáció biztosítása a többsejtű szervezetek szöveteiben (adhézió),
6. jelfelismerés.

A legfontosabb membrán tulajdonság— szelektív permeabilitás, i.e. a membránok bizonyos anyagok vagy molekulák számára nagyon áteresztők, mások számára pedig rosszul (vagy teljesen át nem eresztők) áteresztők. Ez a tulajdonság alapozza meg a membránok szabályozó funkcióját, biztosítva az anyagcserét a sejt és a külső környezet között. A sejtmembránon áthaladó anyagok folyamatát ún anyagok szállítása. Vannak: 1) passzív szállítás- az anyagok energiafogyasztás nélküli átadásának folyamata; 2) aktiv szállitás- az anyagok áthaladásának folyamata, amely energiafelhasználással történik.

Nál nél passzív szállítás az anyagok nagyobb koncentrációjú területről alacsonyabb koncentrációjú területre mozognak, pl. koncentráció gradiens mentén. Minden oldatban vannak oldószer és oldott anyag molekulák. Az oldott anyag molekulák mozgásának folyamatát diffúziónak, az oldószermolekulák mozgását ozmózisnak nevezzük. Ha a molekula feltöltött, akkor a transzportját is befolyásolja az elektromos gradiens. Ezért az emberek gyakran elektrokémiai gradiensről beszélnek, amely a két gradienst kombinálja. A szállítás sebessége a gradiens nagyságától függ.

A passzív szállításnak a következő típusai különböztethetők meg: 1) egyszerű diffúzió— anyagok szállítása közvetlenül a lipid kettős rétegen keresztül (oxigén, szén-dioxid); 2) diffúzió a membráncsatornákon keresztül— transzport csatornaképző fehérjéken (Na +, K +, Ca 2+, Cl -) keresztül; 3) megkönnyített diffúzió- anyagok szállítása speciális transzportfehérjék segítségével, amelyek mindegyike felelős bizonyos molekulák vagy rokon molekulacsoportok (glükóz, aminosavak, nukleotidok) mozgásáért; 4) ozmózis— vízmolekulák szállítása (minden biológiai rendszerben az oldószer a víz).

Szükségesség aktiv szállitás akkor fordul elő, amikor biztosítani kell a molekulák transzportját a membránon az elektrokémiai gradiens ellen. Ezt a transzportot speciális hordozófehérjék végzik, amelyek aktivitása energiafelhasználást igényel. Az energiaforrás az ATP molekulák. Az aktív transzport a következőket tartalmazza: 1) Na + /K + pumpa (nátrium-kálium pumpa), 2) endocitózis, 3) exocitózis.

Na + /K + szivattyú működése. A normális működéshez a sejtnek fenn kell tartania a K + és Na + ionok bizonyos arányát a citoplazmában és a külső környezetben. A sejten belüli K + koncentrációnak lényegesen magasabbnak kell lennie, mint azon kívül, és a Na + - fordítva. Megjegyzendő, hogy a Na + és a K + szabadon diffundálhat a membrán pórusain. A Na + /K + pumpa ellensúlyozza ezen ionok koncentrációjának kiegyenlítését, és aktívan pumpálja a Na +-t a sejtből, a K +-t pedig a sejtbe. A Na + /K + pumpa egy transzmembrán fehérje, amely képes konformációs változásokra, aminek következtében K + és Na + is képes megkötni. A Na + /K + pumpaciklus a következő fázisokra osztható: 1) Na + hozzáadása a membrán belsejéből, 2) a pumpa fehérje foszforilációja, 3) Na + felszabadulása az extracelluláris térben, 4) K + hozzáadása a membránon kívülről, 5) a pumpa fehérje defoszforilációja, 6) K + felszabadulása az intracelluláris térben. A sejtek működéséhez szükséges energia csaknem egyharmadát a nátrium-kálium pumpa működésére fordítják. Egy működési ciklusban a szivattyú 3Na+-ot pumpál ki a cellából és 2K+-t pumpál be.

Endocitózis- a nagy részecskék és makromolekulák sejt általi felszívódásának folyamata. Az endocitózisnak két típusa van: 1) fagocitózis- nagy részecskék (sejtek, sejtrészek, makromolekulák) befogása és abszorpciója és 2) pinocitózis— folyékony anyagok (oldat, kolloid oldat, szuszpenzió) felfogása és felszívása. A fagocitózis jelenségét I.I. Mechnikov 1882-ben. Az endocitózis során a plazmamembrán invaginációt képez, élei összeolvadnak, és a citoplazmától egyetlen membránnal elhatárolt struktúrák befűződnek a citoplazmába. Számos protozoa és néhány leukocita képes fagocitózisra. Pinocitózis figyelhető meg a bélhámsejtekben és a vérkapillárisok endotéliumában.

Exocitózis- az endocitózissal ellentétes folyamat: különböző anyagok eltávolítása a sejtből. Az exocitózis során a hólyagmembrán egyesül a külső citoplazmatikus membránnal, a vezikula tartalma a sejten kívülre kerül, membránja pedig a külső citoplazmatikus membránba kerül. Ily módon a hormonok eltávolításra kerülnek a belső elválasztású mirigyek sejtjéből a protozoonokban, eltávolítják az emésztetlen táplálékmaradványokat.

Menj előadások 5. sz"Sejtelmélet. A sejtes szervezet típusai"

Menj előadások 7. sz"Eukarióta sejt: az organellumok szerkezete és funkciói"