Definícia fyzikálnych vlastností funkcie bunkovej membrány. Bunková membrána: definícia, funkcie membrán, fyzikálne vlastnosti

Hlavné konštrukčná jednotkaživý organizmus - bunka, ktorá je diferencovanou oblasťou cytoplazmy, obklopená bunkovou membránou. Vzhľadom na to, že bunka plní mnoho dôležitých funkcií, ako je rozmnožovanie, výživa, pohyb, obal musí byť plastický a hustý.

História objavu a výskumu bunkovej membrány

V roku 1925 Grendel a Gorder uskutočnili úspešný experiment na identifikáciu „tieňov“ erytrocytov, čiže prázdnych schránok. Napriek niekoľkým hrubým chybám vedci objavili lipidovú dvojvrstvu. V ich práci pokračovali Danielli, Dawson v roku 1935, Robertson v roku 1960. V dôsledku dlhoročnej práce a nahromadenia argumentov v roku 1972 vytvorili Singer a Nicholson model fluidnej mozaiky štruktúry membrány. Ďalšie experimenty a štúdie potvrdili prácu vedcov.

Význam

Čo je bunková membrána? Toto slovo sa začalo používať pred viac ako sto rokmi, v preklade z latinčiny znamená „film“, „koža“. Označte teda hranicu bunky, ktorá je prirodzenou bariérou medzi vnútorným obsahom a vonkajším prostredím. Štruktúra bunkovej membrány naznačuje polopriepustnosť, vďaka ktorej môže cez ňu voľne prechádzať vlhkosť, živiny a produkty rozkladu. Túto škrupinu možno nazvať hlavnou štrukturálnou zložkou organizácie bunky.

Zvážte hlavné funkcie bunkovej membrány

1. Oddeľuje vnútorný obsah bunky a zložky vonkajšieho prostredia.

2. Pomáha udržiavať stále chemické zloženie bunky.

3. Reguluje správny metabolizmus.

4. Poskytuje prepojenie medzi bunkami.

5. Rozpoznáva signály.

6. Ochranná funkcia.

"Plazmová škrupina"

Vonkajšia bunková membrána, nazývaná aj plazmatická membrána, je ultramikroskopický film s hrúbkou päť až sedem nanometrov. Pozostáva hlavne z bielkovinových zlúčenín, fosfolidov, vody. Fólia je elastická, ľahko absorbuje vodu a tiež rýchlo obnovuje svoju celistvosť po poškodení.

Líši sa univerzálnou štruktúrou. Táto membrána zaujíma hraničnú polohu, zúčastňuje sa procesu selektívnej permeability, vylučovania produktov rozpadu, syntetizuje ich. vzťah so susedmi a spoľahlivú ochranu vnútorný obsah pred poškodením z neho robí dôležitú zložku v takej záležitosti, ako je štruktúra bunky. bunková membránaživočíšne organizmy sa niekedy ukážu byť pokryté najtenšou vrstvou - glykokalyxom, ktorý zahŕňa proteíny a polysacharidy. Rastlinné bunky mimo membrány sú chránené bunkovou stenou, ktorá pôsobí ako opora a udržuje tvar. Hlavnou zložkou jeho zloženia je vláknina (celulóza) – polysacharid, ktorý je nerozpustný vo vode.

Vonkajšia bunková membrána teda plní funkciu opravy, ochrany a interakcie s inými bunkami.

Štruktúra bunkovej membrány

Hrúbka tohto pohyblivého obalu sa pohybuje od šiestich do desiatich nanometrov. Bunková membrána bunky má špeciálne zloženie na báze lipidovej dvojvrstvy. Hydrofóbne chvosty, inertné voči vode, umiestnené s vnútri, zatiaľ čo hydrofilné hlavy interagujúce s vodou smerujú von. Každý lipid je fosfolipid, ktorý je výsledkom interakcie látok, ako je glycerol a sfingozín. Lipidový skelet je tesne obklopený proteínmi, ktoré sú umiestnené v nesúvislej vrstve. Niektoré z nich sú ponorené do lipidovej vrstvy, ostatné ňou prechádzajú. V dôsledku toho sa vytvárajú vodopriepustné oblasti. Funkcie vykonávané týmito proteínmi sú rôzne. Časť z nich tvoria enzýmy, zvyšok transportné proteíny, ktoré prenášajú rôzne látky z vonkajšieho prostredia do cytoplazmy a naopak.

Bunková membrána je preniknutá a úzko spojená s integrálnymi proteínmi, zatiaľ čo spojenie s periférnymi je menej silné. Tieto proteíny plnia dôležitú funkciu, ktorou je udržiavanie štruktúry membrány, prijímanie a konverzia signálov z životné prostredie, transport látok, katalyzujúce reakcie, ktoré sa vyskytujú na membránach.

Zlúčenina

Základom bunkovej membrány je bimolekulárna vrstva. Bunka má vďaka svojej kontinuite bariérové a mechanické vlastnosti. V rôznych fázach života môže byť táto dvojvrstva narušená. V dôsledku toho sa vytvárajú štrukturálne defekty priechodných hydrofilných pórov. V tomto prípade sa môžu zmeniť absolútne všetky funkcie takejto zložky, ako je bunková membrána. V tomto prípade môže jadro trpieť vonkajšími vplyvmi.

Vlastnosti

Bunková membrána bunky má zaujímavé funkcie. Vďaka svojej tekutosti nie je táto škrupina tuhou štruktúrou a väčšina proteínov a lipidov, ktoré tvoria jej zloženie, sa voľne pohybuje po rovine membrány.

Vo všeobecnosti je bunková membrána asymetrická, takže zloženie proteínovej a lipidovej vrstvy je odlišné. Plazmatické membrány v živočíšnych bunkách majú na svojej vonkajšej strane glykoproteínovú vrstvu, ktorá plní receptorové a signálne funkcie a tiež hrá dôležitú úlohu v procese spájania buniek do tkaniva. Bunková membrána je polárna, to znamená, že náboj zvonku je kladný a zvnútra záporný. Okrem všetkého vyššie uvedeného má bunková membrána selektívny pohľad.

To znamená, že okrem vody sa do bunky dostane len určitá skupina molekúl a iónov rozpustených látok. Koncentrácia látky, akou je sodík, je vo väčšine buniek oveľa nižšia ako vo vonkajšom prostredí. Pre draselné ióny je charakteristický iný pomer: ich počet v bunke je oveľa vyšší ako v prostredí. V tomto ohľade majú sodné ióny tendenciu prenikať cez bunkovú membránu a draselné ióny majú tendenciu sa uvoľňovať von. Za týchto okolností membrána aktivuje špeciálny systém, ktorý plní „čerpaciu“ úlohu, vyrovnáva koncentráciu látok: sodíkové ióny sú čerpané na povrch bunky a draselné ióny sú čerpané dovnútra. Táto funkcia súčasť najdôležitejších funkcií bunkovej membrány.

Táto tendencia sodíkových a draselných iónov pohybovať sa smerom dovnútra z povrchu hrá veľkú úlohu pri transporte cukru a aminokyselín do bunky. V procese aktívneho odstraňovania sodných iónov z bunky membrána vytvára podmienky pre nové prítoky glukózy a aminokyselín dovnútra. Naopak, v procese prenosu iónov draslíka do bunky sa počet „prenášačov“ produktov rozpadu z vnútra bunky do vonkajšieho prostredia dopĺňa.

Ako je bunka vyživovaná cez bunkovú membránu?

Mnohé bunky prijímajú látky prostredníctvom procesov, ako je fagocytóza a pinocytóza. S prvou možnosťou flexibilné vonkajšia membrána vznikne malá priehlbina, v ktorej sa nachádza zachytená častica. Potom sa priemer priehlbiny zväčšuje, až kým obklopená častica nevstúpi do bunkovej cytoplazmy. Prostredníctvom fagocytózy sa kŕmia niektoré prvoky, ako je améba, ako aj krvinky - leukocyty a fagocyty. Podobne bunky absorbujú tekutinu, ktorá obsahuje potrebné užitočný materiál. Tento jav sa nazýva pinocytóza.

Vonkajšia membrána je tesne spojená s endoplazmatickým retikulom bunky.

V mnohých typoch základných zložiek tkaniva sa na povrchu membrány nachádzajú výbežky, záhyby a mikroklky. Rastlinné bunky na vonkajšej strane tejto škrupiny sú pokryté ďalšou, silnou a jasne viditeľnou pod mikroskopom. Vlákno, z ktorého sú vyrobené, pomáha vytvárať podporu pre rastlinné tkanivá, ako je drevo. Živočíšne bunky majú tiež množstvo vonkajších štruktúr, ktoré sedia na vrchnej časti bunkovej membrány. Majú výlučne ochranný charakter, príkladom toho je chitín obsiahnutý v kožných bunkách hmyzu.

Okrem bunkovej membrány existuje intracelulárna membrána. Jeho funkciou je rozdeliť bunku na niekoľko špecializovaných uzavretých kompartmentov – kompartmentov alebo organel, kde musí byť zachované určité prostredie.

Nie je teda možné preceňovať úlohu takej zložky základnej jednotky živého organizmu, akou je bunková membrána. Štruktúra a funkcie znamenajú výrazné rozšírenie celkovej plochy povrchu bunky, zlepšenie metabolických procesov. Táto molekulárna štruktúra pozostáva z proteínov a lipidov. Membrána, ktorá oddeľuje bunku od vonkajšieho prostredia, zabezpečuje jej integritu. S jeho pomocou sa medzibunkové väzby udržiavajú na dostatočne silnej úrovni a tvoria tkanivá. V tejto súvislosti môžeme konštatovať, že jednu z najdôležitejších úloh v bunke zohráva bunková membrána. Štruktúra a funkcie, ktoré vykonáva, sú v rôznych bunkách radikálne odlišné v závislosti od ich účelu. Prostredníctvom týchto znakov sa dosahuje rôznorodá fyziologická aktivita bunkových membrán a ich úlohy v existencii buniek a tkanív.

Bunkové membrány

Základom štrukturálnej organizácie bunky je membránový princíp štruktúry, to znamená, že bunka je postavená hlavne z membrán. Všetky biologické membrány majú spoločné konštrukčné znaky a vlastnosti.

V súčasnosti je všeobecne akceptovaný fluidno-mozaikový model membránovej štruktúry.

Chemické zloženie a štruktúra membrány

Základom membrány je lipidová dvojvrstva, tvorená hlavne fosfolipidy. Lipidy tvoria v priemere ≈40 % chemického zloženia membrány. V dvojvrstve sú chvosty molekúl v membráne obrátené k sebe a polárne hlavy smerom von, takže povrch membrány je hydrofilný. Lipidy určujú základné vlastnosti membrán.

Okrem lipidov membrána obsahuje proteíny (v priemere ≈60 %). Určujú väčšinu špecifické funkcie membrány. Molekuly bielkovín netvoria súvislú vrstvu (obr. 280). V závislosti od lokalizácie v membráne existujú:

Membránové proteíny môžu vykonávať rôzne funkcie:

Membrána môže obsahovať od 2 do 10 % sacharidov. Sacharidovú zložku membrán zvyčajne predstavujú oligosacharidové alebo polysacharidové reťazce spojené s proteínovými molekulami (glykoproteíny) alebo lipidmi (glykolipidy). V zásade sú sacharidy umiestnené na vonkajšom povrchu membrány. Funkcie sacharidov bunkovej membrány nie sú úplne objasnené, dá sa však povedať, že poskytujú funkcie membránových receptorov.

V živočíšnych bunkách tvoria glykoproteíny epimembránový komplex - glykokalyx s hrúbkou niekoľkých desiatok nanometrov. Prebieha v ňom extracelulárne trávenie, nachádza sa veľa bunkových receptorov a s jeho pomocou zrejme dochádza k adhézii buniek.

Molekuly bielkovín a lipidov sú mobilné, schopné pohybu , hlavne v rovine membrány. Membrány sú asymetrické , to znamená, že lipidové a proteínové zloženie vonkajšieho a vnútorného povrchu membrány je odlišné.

Hrúbka plazmatickej membrány je v priemere 7,5 nm.

Jednou z hlavných funkcií membrány je transport, zabezpečujúci výmenu látok medzi bunkou a vonkajším prostredím. Membrány majú vlastnosť selektívnej permeability, to znamená, že sú dobre priepustné pre niektoré látky alebo molekuly a zle priepustné (alebo úplne nepriepustné) pre iné. Priepustnosť membrán pre rôzne látky závisí jednak od vlastností ich molekúl (polarita, veľkosť atď.), ako aj od vlastností membrán (vnútorná časť lipidovej vrstvy je hydrofóbna).

Existovať rôzne mechanizmy transport látok cez membránu (obr. 281). V závislosti od potreby využitia energie na transport látok existujú:

Pasívna doprava

Pasívny transport je založený na rozdiele koncentrácií a nábojov. Pri pasívnom transporte sa látky vždy pohybujú z oblasti s vyššou koncentráciou do oblasti s nižšou koncentráciou, to znamená pozdĺž koncentračného gradientu. Ak je molekula nabitá, jej transport je ovplyvnený elektrickým gradientom. Preto sa často hovorí o elektrochemickom gradiente, ktorý kombinuje oba gradienty. Rýchlosť dopravy závisí od veľkosti stúpania.

Existujú tri hlavné pasívne transportné mechanizmy:

© jednoduchá difúzia- transport látok priamo cez lipidovú dvojvrstvu. Ľahko ním prechádzajú plyny, nepolárne alebo malé nenabité polárne molekuly. Čím je molekula menšia a čím je v tukoch rozpustnejšia, tým rýchlejšie prenikne cez membránu. Je zaujímavé, že voda, napriek tomu, že je relatívne nerozpustná v tukoch, veľmi rýchlo preniká cez lipidovú dvojvrstvu. Je to spôsobené tým, že jeho molekula je malá a elektricky neutrálna. Difúzia vody cez membrány je tzv osmóza.

Difúzia cez membránové kanály. Nabité molekuly a ióny (Na +, K +, Ca 2+, Cl -) nie sú schopné prejsť cez lipidovú dvojvrstvu jednoduchou difúziou, prenikajú však cez membránu v dôsledku prítomnosti špeciálnych kanálotvorných proteínov, ktoré tvoria vodné póry.

transportné proteíny, z ktorých každý je zodpovedný za transport určitých molekúl alebo skupín príbuzných molekúl. Interagujú s molekulou prenášanej látky a nejakým spôsobom ju posúvajú cez membránu. Do bunky sú teda transportované cukry, aminokyseliny, nukleotidy a mnohé ďalšie polárne molekuly.

aktívny transport

Potreba aktívneho transportu vzniká vtedy, keď je potrebné zabezpečiť prenos molekúl cez membránu proti elektrochemickému gradientu. Tento transport je realizovaný nosnými proteínmi, ktorých činnosť si vyžaduje energetický výdaj. Zdrojom energie sú molekuly ATP.

Jedným z najviac študovaných aktívnych transportných systémov je sodíkovo-draslíková pumpa. Koncentrácia K vo vnútri bunky je oveľa vyššia ako mimo nej a Na je naopak. Preto K pasívne difunduje von z bunky cez vodné póry membrány a Na do bunky. Zároveň je pre normálne fungovanie bunky dôležité udržiavať určitý pomer iónov K a Na v cytoplazme a vo vonkajšom prostredí. Je to možné, pretože membrána v dôsledku prítomnosti (Na + K) pumpy aktívne pumpuje Na z bunky a K do bunky. Prevádzka (Na + K) pumpy spotrebuje takmer tretinu celkovej energie potrebnej na životnosť článku.

Pumpa je špeciálny transmembránový membránový proteín schopný konformačných zmien, vďaka ktorým na seba dokáže viazať ióny K aj Na. Prevádzkový cyklus čerpadla (Na + K) pozostáva z niekoľkých fáz (obr. 282):

V jednom cykle prevádzky pumpa odčerpá z bunky 3 ióny Na a napumpuje ióny 2 K. Tento rozdiel v počte prenesených iónov je spôsobený tým, že priepustnosť membrány pre ióny K je vyššia ako pre Na. ióny. V súlade s tým K pasívne difunduje z bunky rýchlejšie ako Na do bunky.

veľké častice (napríklad fagocytóza lymfocytov, prvokov atď.);

Exocytóza- proces vylučovania rôzne látky z cely. Počas exocytózy sa membrána vezikuly (alebo vakuoly), keď je v kontakte s vonkajšou cytoplazmatickou membránou, s ňou spája. Obsah vezikuly sa odstráni mimo zárezu a jeho membrána je zahrnutá do zloženia vonkajšej cytoplazmatickej membrány.

Bunková membrána (plazmatická membrána) je tenká, polopriepustná membrána, ktorá obklopuje bunky.

Funkcia a úloha bunkovej membrány

Jeho funkciou je chrániť integritu vnútra tým, že prepúšťa niektoré esenciálne látky do bunky a bráni vstupu iných.

Slúži tiež ako základ pre pripojenie k niektorým organizmom a iným. Plazmatická membrána teda zabezpečuje aj tvar bunky. Ďalšou funkciou membrány je regulovať rast buniek prostredníctvom rovnováhy a.

Pri endocytóze sa lipidy a proteíny odstraňujú z bunkovej membrány, keď sa látky absorbujú. Pri exocytóze sa vezikuly obsahujúce lipidy a proteíny spájajú s bunkovou membránou, čím sa zväčšuje veľkosť buniek. a bunky húb majú plazmatické membrány. Vnútorné sú napríklad tiež uzavreté v ochranných membránach.

Štruktúra bunkovej membrány

Plazmatická membrána sa skladá hlavne zo zmesi proteínov a lipidov. V závislosti od umiestnenia a úlohy membrány v tele môžu lipidy tvoriť 20 až 80 percent membrány, zvyšok tvoria bielkoviny. Zatiaľ čo lipidy pomáhajú robiť membránu flexibilnou, proteíny kontrolujú a udržiavajú chemické zloženie bunky a tiež pomáhajú pri transporte molekúl cez membránu.

Membránové lipidy

Fosfolipidy sú hlavnou zložkou plazmatických membrán. Tvoria lipidovú dvojvrstvu, v ktorej sa hydrofilné (vodou priťahované) oblasti "hlavy" spontánne organizujú tak, aby odolávali vodnému cytosólu a extracelulárnej tekutine, zatiaľ čo hydrofóbne (vodu odpudzujúce) oblasti "chvosta" smerujú preč od cytosolu a extracelulárnej tekutiny. Lipidová dvojvrstva je semipermeabilná a umožňuje len niektorým molekulám difundovať cez membránu.

Cholesterol je ďalšou lipidovou zložkou membrán živočíšnych buniek. Molekuly cholesterolu sú selektívne dispergované medzi membránovými fosfolipidmi. To pomáha udržiavať bunkové membrány pevné tým, že bráni tomu, aby fosfolipidy boli príliš tesne zbalené. Cholesterol v membránach chýba rastlinné bunky.

Glykolipidy sa nachádzajú na vonkajšom povrchu bunkových membrán a sú s nimi spojené sacharidovým reťazcom. Pomáhajú bunke rozpoznať iné bunky v tele.

Membránové proteíny

Bunková membrána obsahuje dva typy asociovaných proteínov. Proteíny periférnej membrány sú externé a sú s ňou spojené interakciou s inými proteínmi. Integrálne membránové proteíny sa zavádzajú do membrány a väčšina cez ňu prechádza. Časti týchto transmembránových proteínov sa nachádzajú na jej oboch stranách.

Proteíny plazmatickej membrány majú množstvo rôzne funkcie. Štrukturálne proteíny poskytujú bunkám podporu a tvar. Membránové receptorové proteíny pomáhajú bunkám komunikovať s ich vonkajším prostredím pomocou hormónov, neurotransmiterov a iných signálnych molekúl. Transportné proteíny, ako sú globulárne proteíny, prenášajú molekuly cez bunkové membrány uľahčenou difúziou. Glykoproteíny majú na seba naviazaný sacharidový reťazec. Sú zabudované v bunkovej membráne a pomáhajú pri výmene a transporte molekúl.

Organelové membrány

Niektoré bunkové organely sú tiež obklopené ochrannými membránami. jadro,

Bunka— samoregulačná štrukturálna a funkčná jednotka tkanív a orgánov. Bunkovú teóriu štruktúry orgánov a tkanív vypracovali Schleiden a Schwann v roku 1839. Následne sa pomocou elektrónovej mikroskopie a ultracentrifugácie podarilo objasniť štruktúru všetkých hlavných organel živočíšnych a rastlinných buniek (obr. 1).

Ryža. 1. Schéma stavby bunky živočíšnych organizmov

Hlavnými časťami bunky sú cytoplazma a jadro. Každá bunka je obklopená veľmi tenkou membránou, ktorá obmedzuje jej obsah.

Bunková membrána je tzv plazmatická membrána a vyznačuje sa selektívnou permeabilitou. Táto vlastnosť umožňuje základné živiny a chemické prvky dostať sa do bunky a nadbytočné produkty z nej vychádzajú. Plazmatická membrána pozostáva z dvoch vrstiev lipidových molekúl, v ktorých sú zahrnuté špecifické proteíny. Hlavnými membránovými lipidmi sú fosfolipidy. Obsahujú fosfor, polárnu hlavu a dva nepolárne konce mastných kyselín s dlhým reťazcom. Membránové lipidy zahŕňajú cholesterol a estery cholesterolu. V súlade s modelom štruktúry fluidnej mozaiky obsahujú membrány inklúzie proteínových a lipidových molekúl, ktoré sa môžu miešať vzhľadom na dvojvrstvu. Pre každý typ membrány ľubovoľná živočíšna bunka charakterizovaný relatívne konštantným zložením lipidov.

Membránové proteíny sú rozdelené do dvoch typov podľa ich štruktúry: integrálne a periférne. Periférne proteíny môžu byť odstránené z membrány bez jej zničenia. Existujú štyri typy membránových proteínov: transportné proteíny, enzýmy, receptory a štrukturálne proteíny. Niektoré membránové proteíny majú enzymatickú aktivitu, iné viažu určité látky a uľahčujú ich prenos do bunky. Proteíny poskytujú niekoľko ciest pre pohyb látok cez membrány: tvoria veľké póry pozostávajúce z niekoľkých proteínových podjednotiek, ktoré umožňujú pohyb molekúl vody a iónov medzi bunkami; tvoria iónové kanály špecializované na pohyb určitých typov iónov cez membránu za určitých podmienok. Štrukturálne proteíny sú spojené s vnútornou lipidovou vrstvou a poskytujú cytoskelet bunky. Cytoskelet dodáva bunkovej membráne mechanickú pevnosť. V rôznych membránach tvoria proteíny 20 až 80 % hmoty. Membránové proteíny sa môžu voľne pohybovať v laterálnej rovine.

V membráne sú prítomné aj sacharidy, ktoré sa môžu kovalentne viazať na lipidy alebo proteíny. Existujú tri typy membránových sacharidov: glykolipidy (gangliozidy), glykoproteíny a proteoglykány. Väčšina membránových lipidov je v tekutom stave a má určitú tekutosť, t.j. schopnosť prechádzať z jednej oblasti do druhej. Na vonkajšej strane membrány sú receptorové miesta, ktoré viažu rôzne hormóny. Iné špecifické časti membrány nedokážu rozpoznať a viazať niektoré proteíny cudzie týmto bunkám a rôzne biologicky aktívne zlúčeniny.

Vnútorný priestor bunky je vyplnený cytoplazmou, v ktorej prebieha väčšina enzýmovo katalyzovaných reakcií bunkového metabolizmu. Cytoplazma pozostáva z dvoch vrstiev: vnútornej, nazývanej endoplazma, a periférnej, ektoplazmy, ktorá má vysokú viskozitu a je bez granúl. Cytoplazma obsahuje všetky zložky bunky alebo organely. Najdôležitejšie z bunkových organel sú endoplazmatické retikulum, ribozómy, mitochondrie, Golgiho aparát, lyzozómy, mikrofilamenty a mikrotubuly, peroxizómy.

Endoplazmatické retikulum je systém vzájomne prepojených kanálikov a dutín prenikajúcich do celej cytoplazmy. Zabezpečuje transport látok z prostredia a vnútri buniek. Endoplazmatické retikulum tiež slúži ako depot pre intracelulárne ióny Ca 2+ a slúži ako hlavné miesto pre syntézu lipidov v bunke.

ribozómy - mikroskopické sférické častice s priemerom 10-25 nm. Ribozómy sú voľne umiestnené v cytoplazme alebo sú pripojené k vonkajšiemu povrchu membrán endoplazmatického retikula a jadrovej membrány. Interagujú s informačnou a transportnou RNA a v nich prebieha syntéza bielkovín. Syntetizujú proteíny, ktoré vstupujú do cisterien alebo Golgiho aparátu a potom sa uvoľňujú von. Ribozómy, ktoré sú voľné v cytoplazme, syntetizujú proteín na použitie samotnou bunkou a ribozómy spojené s endoplazmatickým retikulom produkujú proteín, ktorý sa vylučuje z bunky. V ribozómoch sa syntetizujú rôzne funkčné proteíny: nosné proteíny, enzýmy, receptory, cytoskeletálne proteíny.

Golgiho aparát tvorené systémom tubulov, cisterien a vezikúl. Je spojená s endoplazmatickým retikulom a biologicky aktívne látky, ktoré sa sem dostali, sú uložené v zhutnenej forme v sekrečných vezikulách. Tie sa neustále oddeľujú od Golgiho aparátu, transportujú sa do bunkovej membrány a spájajú sa s ňou a látky obsiahnuté vo vezikulách sa z bunky odstraňujú v procese exocytózy.

lyzozómy -častice obklopené membránou s veľkosťou 0,25-0,8 mikrónu. Obsahujú množstvo enzýmov, ktoré sa podieľajú na rozklade bielkovín, polysacharidov, tukov, nukleových kyselín, baktérií a buniek.

Peroxizómy tvorené z hladkého endoplazmatického retikula, pripomínajú lyzozómy a obsahujú enzýmy, ktoré katalyzujú rozklad peroxidu vodíka, ktorý sa štiepi vplyvom peroxidáz a katalázy.

Mitochondrie obsahujú vonkajšie a vnútorné membrány a sú „energetickou stanicou“ bunky. Mitochondrie sú okrúhle alebo predĺžené štruktúry s dvojitou membránou. Vnútorná membrána tvorí záhyby vyčnievajúce do mitochondrií – cristae. V nich sa syntetizuje ATP, oxidujú sa substráty Krebsovho cyklu a prebiehajú mnohé biochemické reakcie. Molekuly ATP vytvorené v mitochondriách difundujú do všetkých častí bunky. Mitochondrie obsahujú malé množstvo DNA, RNA, ribozómov a za ich účasti prebieha obnova a syntéza nových mitochondrií.

Mikrovlákna sú tenké proteínové vlákna pozostávajúce z myozínu a aktínu a tvoria kontraktilný aparát bunky. Mikrofilamenty sa podieľajú na tvorbe záhybov alebo výbežkov bunkovej membrány, ako aj na pohybe rôznych štruktúr vo vnútri buniek.

mikrotubuly tvoria základ cytoskeletu a poskytujú jeho pevnosť. Cytoskelet dáva bunkám ich vlastnosti vzhľad a tvar, slúži ako miesto pripojenia pre intracelulárne organely a rôzne telá. AT nervové bunky zväzky mikrotubulov sa podieľajú na transporte látok z tela bunky na konce axónov. S ich účasťou sa uskutočňuje fungovanie mitotického vretienka počas delenia buniek. Hrajú úlohu motorických prvkov v klkoch a bičíkoch u eukaryotov.

Nucleus je hlavnou štruktúrou bunky, podieľa sa na prenose dedičných znakov a na syntéze bielkovín. Jadro je obklopené jadrovou membránou obsahujúcou veľa jadrových pórov, cez ktoré dochádza k výmene rôznych látok medzi jadrom a cytoplazmou. Vo vnútri je jadierko. Bola preukázaná dôležitá úloha jadierka pri syntéze ribozomálnych RNA a histónových proteínov. Zvyšok jadra obsahuje chromatín pozostávajúci z DNA, RNA a množstva špecifických proteínov.

Funkcie bunkovej membrány

Bunkové membrány hrajú dôležitú úlohu v regulácii vnútrobunkového a medzibunkového metabolizmu. Sú selektívne. Ich špecifická štruktúra umožňuje zabezpečovať bariérové, transportné a regulačné funkcie.

bariérová funkcia Prejavuje sa obmedzením prieniku zlúčenín rozpustených vo vode cez membránu. Membrána je nepriepustná pre veľké molekuly bielkovín a organické anióny.

Regulačná funkcia membrána je regulácia intracelulárneho metabolizmu v reakcii na chemické, biologické a mechanické vplyvy. Špeciálne membránové receptory vnímajú rôzne vplyvy s následnou zmenou aktivity enzýmov.

dopravná funkcia cez biologické membrány môže prebiehať pasívne (difúzia, filtrácia, osmóza) alebo pomocou aktívneho transportu.

Difúzia - pohyb plynu alebo rozpustenej látky pozdĺž koncentračného a elektrochemického gradientu. Rýchlosť difúzie závisí od permeability bunkovej membrány, ako aj koncentračného gradientu pre nenabité častice, elektrického a koncentračného gradientu pre nabité častice. jednoduchá difúzia sa vyskytuje cez lipidovú dvojvrstvu alebo cez kanály. Nabité častice sa pohybujú pozdĺž elektrochemického gradientu, zatiaľ čo nenabité častice sledujú chemický gradient. Jednoduchou difúziou prenikajú cez lipidovú vrstvu membrány napríklad kyslík, steroidné hormóny, močovina, alkohol atď. Cez kanály sa pohybujú rôzne ióny a častice. Iónové kanály sú tvorené proteínmi a delia sa na hradlové a nekontrolované kanály. V závislosti od selektivity existujú iónovo selektívne laná, ktoré umožňujú prechod iba jedného iónu, a kanály, ktoré nemajú selektivitu. Kanály majú ústie a selektívny filter a riadené kanály majú hradlový mechanizmus.

Uľahčená difúzia - proces, pri ktorom sú látky transportované cez membránu špeciálnymi membránovými nosnými proteínmi. Týmto spôsobom sa do bunky dostávajú aminokyseliny a monocukry. Tento spôsob dopravy je veľmi rýchly.

Osmóza - pohyb vody cez membránu z roztoku s nižším osmotickým tlakom do roztoku s vyšším osmotickým tlakom.

Aktívna doprava - prenos látok proti koncentračnému gradientu pomocou transportných ATPáz (iónových púmp). K tomuto prenosu dochádza pri výdaji energie.

Vo väčšom rozsahu boli študované Na+/K+-, Ca2+- a H+ pumpy. Čerpadlá sú umiestnené na bunkových membránach.

Typ aktívneho transportu je endocytóza a exocytóza. Väčšie látky (bielkoviny, polysacharidy, nukleových kyselín), ktoré nie je možné prenášať cez kanály. Tento transport je bežnejší v epiteliálnych bunkách čreva, renálnych tubuloch a vaskulárnom endoteli.

O Pri endocytóze tvoria bunkové membrány invaginácie do bunky, ktoré sa po prišnurovaní premenia na vezikuly. Pri exocytóze sa vezikuly s obsahom prenesú na bunkovú membránu a splynú s ňou a obsah vezikúl sa uvoľní do extracelulárneho prostredia.

Štruktúra a funkcie bunkovej membrány

Pre pochopenie procesov, ktoré zabezpečujú existenciu elektrických potenciálov v živých bunkách, je v prvom rade potrebné pochopiť štruktúru bunkovej membrány a jej vlastnosti.

V súčasnosti sa najväčšiemu uznaniu teší fluidno-mozaikový model membrány, ktorý navrhli S. Singer a G. Nicholson v roku 1972. Základom membrány je dvojitá vrstva fosfolipidov (dvojvrstva), hydrofóbne fragmenty molekuly z ktorých sú ponorené do hrúbky membrány a polárne hydrofilné skupiny sú orientované smerom von, tie. do životného prostredia vodné prostredie(obr. 2).

Membránové proteíny sú lokalizované na povrchu membrány alebo môžu byť zapustené v rôznych hĺbkach v hydrofóbnej zóne. Niektoré proteíny prenikajú cez membránu skrz-naskrz a rôzne hydrofilné skupiny toho istého proteínu sa nachádzajú na oboch stranách bunkovej membrány. Proteíny nachádzajúce sa v plazmatickej membráne zohrávajú veľmi dôležitú úlohu: podieľajú sa na tvorbe iónových kanálov, zohrávajú úlohu membránových púmp a nosičov rôznych látok a môžu plniť aj funkciu receptora.

Hlavné funkcie bunkovej membrány: bariérová, transportná, regulačná, katalytická.

Bariérovou funkciou je obmedziť difúziu vo vode rozpustných zlúčenín cez membránu, čo je nevyhnutné na ochranu buniek pred cudzími, toxické látky a udržiavanie relatívne konštantného obsahu rôznych látok vo vnútri buniek. Bunková membrána teda môže spomaliť difúziu rôznych látok 100 000 až 10 000 000 krát.

Ryža. 2. Trojrozmerná schéma fluidno-mozaikového modelu Singer-Nicolsonovej membrány

Sú znázornené globulárne integrálne proteíny vložené do lipidovej dvojvrstvy. Niektoré proteíny sú iónové kanály, iné (glykoproteíny) obsahujú oligosacharidové bočné reťazce zapojené do vzájomného rozpoznávania buniek a do medzibunkového tkaniva. Molekuly cholesterolu tesne priliehajú k hlavám fosfolipidov a fixujú priľahlé oblasti "chvostov". Vnútorné oblasti chvostov fosfolipidovej molekuly nie sú obmedzené vo svojom pohybe a sú zodpovedné za tekutosť membrány (Bretscher, 1985)

V membráne sú kanály, cez ktoré prenikajú ióny. Kanály sú potenciálne závislé a potenciálne nezávislé. Potenciálne hradené kanály otvorené, keď sa potenciálny rozdiel zmení, a potenciálne nezávislý(hormonálne regulované) sa otvárajú, keď receptory interagujú s látkami. Kanály je možné otvárať alebo zatvárať vďaka bránam. V membráne sú zabudované dva typy brán: aktivácia(v hĺbke kanála) a inaktivácia(na povrchu kanála). Brána môže byť v jednom z troch stavov:

otvorený stav (oba typy brány sú otvorené);
zatvorený stav (aktivačná brána zatvorená);
inaktivačný stav (inaktivačné brány sú zatvorené).

Ďalší charakteristický znak membrán je schopnosť vykonávať selektívny prenos anorganických iónov, živiny, ako aj rôzne metabolické produkty. Existujú systémy pasívneho a aktívneho prenosu (transportu) látok. Pasívne transport sa uskutočňuje cez iónové kanály s pomocou alebo bez pomoci nosných proteínov a jeho hnacou silou je rozdiel v elektrochemických potenciáloch iónov medzi intra- a extracelulárnym priestorom. Selektivita iónových kanálov je určená ich geometrickými parametrami a chemickou povahou skupín lemujúcich steny kanála a ústie.

V súčasnosti sú najviac preštudované kanály so selektívnou permeabilitou pre ióny Na+, K+, Ca2+ a tiež pre vodu (tzv. akvaporíny). Priemer iónových kanálov je podľa rôznych štúdií 0,5-0,7 nm. Priepustnosť kanálov je možné meniť, jedným iónovým kanálom môže prejsť 10 7 - 10 8 iónov za sekundu.

Aktívne transport prebieha s vynaložením energie a je realizovaný takzvanými iónovými pumpami. Iónové pumpy sú molekulárne proteínové štruktúry vložené do membrány a vykonávajúce prenos iónov smerom k vyššiemu elektrochemickému potenciálu.

Prevádzka čerpadiel sa vykonáva vďaka energii hydrolýzy ATP. V súčasnosti sa používajú Na + / K + - ATPáza, Ca 2+ - ATPáza, H + - ATPáza, H + / K + - ATPáza, Mg 2+ - ATPáza, ktoré zabezpečujú pohyb iónov Na +, K +, Ca 2+ v tomto poradí, H+, Mg2+ izolované alebo konjugované (Na+ a K+; H+ a K+). Molekulárny mechanizmus aktívneho transportu nie je úplne objasnený.

Bunková membrána má dostatok komplexná štruktúra ktoré možno vidieť elektrónovým mikroskopom. Zhruba povedané, pozostáva z dvojitej vrstvy lipidov (tukov), v ktorých sú na rôznych miestach zahrnuté rôzne peptidy (bielkoviny). Celková hrúbka membrány je asi 5-10 nm.

Všeobecný plán štruktúry bunkovej membrány je univerzálny pre celý živý svet. Zvieracie membrány však obsahujú inklúzie cholesterolu, ktorý určuje jej tuhosť. Rozdiel medzi membránami rôznych ríš organizmov sa týka najmä nadmembránových útvarov (vrstiev). Takže v rastlinách a hubách nad membránou (na vonkajšej strane) je bunková stena. V rastlinách pozostáva hlavne z celulózy a v hubách - z látky chitín. U zvierat sa epimembránová vrstva nazýva glykokalyx.

Iný názov pre bunkovú membránu je cytoplazmatická membrána alebo plazmatická membrána.

Hlbšie štúdium štruktúry bunkovej membrány odhaľuje mnohé z jej vlastností spojených s vykonávanými funkciami.

Lipidová dvojvrstva sa skladá hlavne z fosfolipidov. Sú to tuky, ktorých jeden koniec obsahuje zvyšok kyseliny fosforečnej, ktorá má hydrofilné vlastnosti (to znamená, že priťahuje molekuly vody). Druhým koncom fosfolipidu je reťazec mastných kyselín, ktoré majú hydrofóbne vlastnosti (netvoria vodíkové väzby s vodou).

Fosfolipidové molekuly v bunkovej membráne sú zoradené do dvoch radov tak, že ich hydrofóbne „konce“ sú na vnútornej strane a hydrofilné „hlavy“ sú na vonkajšej strane. Ukazuje sa pomerne silná štruktúra, ktorá chráni obsah bunky pred vonkajším prostredím.

Proteínové inklúzie v bunkovej membráne sú nerovnomerne rozložené, navyše sú mobilné (keďže fosfolipidy v dvojvrstve majú laterálnu pohyblivosť). Od 70. rokov XX storočia sa o tom začalo hovoriť tekutinovo-mozaiková štruktúra bunkovej membrány.

V závislosti od toho, ako je proteín súčasťou membrány, existujú tri typy proteínov: integrálne, semiintegrálne a periférne. Integrálne proteíny prechádzajú celou hrúbkou membrány a ich konce vyčnievajú na oboch jej stranách. Plnia najmä transportnú funkciu. V semiintegrálnych proteínoch je jeden koniec umiestnený v hrúbke membrány a druhý ide von (z vonkajšej alebo vnútornej strany). Vykonávajú enzymatické a receptorové funkcie. Periférne proteíny sa nachádzajú na vonkajšom alebo vnútornom povrchu membrány.

Štrukturálne znaky bunkovej membrány naznačujú, že je hlavnou zložkou povrchového komplexu bunky, ale nie jedinou. Jeho ďalšími zložkami sú supramembránová vrstva a submembránová vrstva.

Glykokalyx (supramembránová vrstva živočíchov) je tvorená oligosacharidmi a polysacharidmi, ako aj periférnymi bielkovinami a vyčnievajúcimi časťami integrálnych bielkovín. Zložky glykokalyxu vykonávajú funkciu receptora.

Živočíšne bunky majú okrem glykokalyxu aj ďalšie nadmembránové útvary: hlien, chitín, perilemu (podobné membráne).

Nadmembránovou formáciou v rastlinách a hubách je bunková stena.

Submembránová vrstva bunky je povrchová cytoplazma (hyaloplazma) s podporno-kontraktilným systémom bunky, ktorej vlákna interagujú s proteínmi, ktoré tvoria bunkovú membránu. Cez takéto zlúčeniny molekúl sa prenášajú rôzne signály.