Асаблівасці, будова і функцыі клетачных мембран

У 1972 годзе была вылучана тэорыя, згодна з якой часткова пранікальная мембрана акружае клетку і выконвае шэраг жыццёва важных задач, а будова і функцыі клетачных мембран з'яўляюцца значнымі пытаннямі датычна правільнага функцыянавання ўсіх клетак у арганізме. Клеткавая тэорыя атрымала шырокае распаўсюджанне ў 17 стагоддзі, разам з вынаходствам мікраскопа. Стала вядома, што раслінныя і жывёлы тканіны складаюцца з клетак, але з-за нізкай адрознівальнай здольнасці прыбора немагчыма было ўбачыць нейкія бар'еры вакол жывёльнай клеткі. У 20-м стагоддзі хімічная прырода мембраны даследавалася больш дэталёва, было высветлена, што яе аснову складаюць ліпіды.

Будова і функцыі клетачных мембран

Клеткавая мембрана акружае цытаплазму жывых клетак, фізічна адлучаючы ўнутрыклеткавых кампаненты ад навакольнага асяроддзя. Грыбы, бактэрыі і расліны таксама маюць клеткавыя сценкі, якія забяспечваюць абарону і перашкаджаюць праходжання буйных малекул. Клеткавыя мембраны таксама гуляюць ролю ў станаўленні Цыташкілет і прымацаванні да пазаклеткавай матрікса іншых жыццёва важных часціц. Гэта трэба для таго, каб утрымліваць іх разам, фармуючы тканіны і органы арганізма. Асаблівасці клетачнай мембраны ўключаюць пранікальнасць. Асноўнай функцыяй з'яўляецца абарона. Мембрана складаецца з фосфолипидного пласта з убудаванымі вавёркамі. Гэтая частка ўдзельнічае ў такіх працэсах, як клеткавая адгезія, іённая праводнасць і сігнальныя сістэмы і служыць у якасці паверхні мацавання для некалькіх пазаклеткавай структур, у тым ліку сценкі, гликокаликса і ўнутранага Цыташкілет. Мембрана таксама захоўвае патэнцыял клеткі, працуючы як селектыўны фільтр. Яна з'яўляецца селектыўна пранікальнай для іёнаў і арганічных малекул і кіруе перамяшчэннем часціц.

Біялагічныя механізмы з удзелам клеткавай мембраны

1. Пасіўная дыфузія: некаторыя рэчывы (малыя малекулы, іёны), такія як вуглякіслы газ (СО2) і кіслароду (О2), могуць пранікаць праз плазматычныя мембрану шляхам дыфузіі. Абалонка дзейнічае як бар'ер для пэўных малекул і іёнаў, яны могуць канцэнтравацца па абодва бакі.

2. трансмембранный бялок каналаў і транспарцёраў: пажыўныя рэчывы, такія як глюкоза або амінакіслоты, павінны патрапіць у клетку, а некаторыя прадукты абмену рэчываў павінны яе пакінуць.

3. Эндоцитоз - гэта працэс, пры якім паглынаюцца малекулы. У плазматычнай мембране ствараецца невялікая дэфармацыя (инвагинация), у якой рэчыва, якая падлягае транспарціроўцы, заглынаецца. Гэта патрабуе энергіі і, такім чынам, з'яўляецца формай актыўнага транспарту.

4. Экзоцитоз: адбываецца ў розных клетках для выдалення неперавараных рэшткаў рэчываў, прынесеных эндоцитозом, каб сакрэтаваць рэчывы, такія як гармоны і ферменты, і транспартаваць рэчыва цалкам праз клеткавы бар'ер.

малекулярная структура

Клеткавая мембрана - гэта біялагічная абалонка, якая складаецца пераважна з фасфаліпідаў і аддзяляе змест усёй клеткі ад навакольнага асяроддзя. Працэс адукацыі адбываецца самаадвольна пры нармальных умовах. Каб зразумець гэты працэс і правільна апісаць будова і функцыі клетачных мембран, а таксама ўласцівасці, неабходна ацаніць характар фосфолипидных структур, для якіх з'яўляецца ўласцівай структурная палярызацыя. Калі фасфаліпіды ў воднай асяроддзі цытаплазмы дасягаюць крытычнай канцэнтрацыі, яны аб'ядноўваюцца ў міцэлы, якія з'яўляюцца больш стабільнымі на воднае асяроддзе.

мембранныя ўласцівасці

• Стабільнасць. Гэта значыць, што пасля адукацыі распад мембраны з'яўляецца малаверагодным.
• Трываласць. Ліпіднага абалонка досыць надзейная, каб прадухіліць праходжанне палярнага рэчывы, праз адукаваную мяжу не могуць прайсці як раствораныя рэчывы (іёны, глюкоза, амінакіслоты), так і значна буйнейшыя малекулы (вавёркі).
• Дынамічны характар. Гэта, мабыць, найбольш важнае ўласцівасць, калі разглядаць будынак клеткі. Клеткавая мембрана можа падвяргацца розным дэфармацыям, можа складацца і згінацца і пры гэтым не разбурыцца. Пры асаблівых абставінах, напрыклад, пры зліцці везікуліт або бутанізацыі, яна можа быць парушаная, але толькі на час. Пры пакаёвай тэмпературы яе ліпідны складнікі знаходзяцца ў пастаянным, хаатычным руху, утвараючы стабільную цякучую мяжу.

Вадкая мазаічная мадэль

Кажучы пра будову і функцыі клеткавых мембран, важна адзначыць, што ў сучасным уяўленні мембрана як вадкая мазаічная мадэль, была разгледжана ў 1972 году навукоўцамі Сінгэр і Нікалсанам. Іх тэорыя адлюстроўвае тры асноўныя асаблівасці структуры мембраны. Інтэгральныя мембранныя вавёркі спрыяюць мазаічным шаблонам для мембраны, і яны здольныя на бакавое рух у плоскасці з-за зменлівай прыроды ліпіднай арганізацыі. Трансмембранный вавёркі з'яўляюцца таксама патэнцыйна мабільнымі. Важнай асаблівасцю мадэлі мембраны з'яўляецца яе асіметрыя. Што ўяўляе сабой будынак клеткі? Клеткавая мембрана, ядро, вавёркі і гэтак далей. Клетка з'яўляецца асноўнай адзінкай жыцця, і ўсе арганізмы складаюцца з адной або шматлікіх клетак, кожная з якіх мае натуральны бар'ер, які аддзяляе яе ад навакольнага асяроддзя. Гэтая знешняя мяжа вочкі таксама называецца плазматычнай мембранай. Яна складаецца з чатырох розных тыпаў малекул: фасфаліпіды, халестэрын, вавёркі і вугляводы. Вадкая мазаічная мадэль апісвае структуру клеткавай мембраны наступным чынам: гнуткая і эластычная, па кансістэнцыі нагадвае алей, так што ўсе асобныя малекулы проста плаваюць у вадкай асяроддзі, і яны ўсе здольныя рухацца ўбок ў межах гэтай абалонкі. Мазаіка ўяўляе зь сябе нешта, што змяшчае шмат розных дэталяў. У плазматычнай мембране яна прадстаўлена фасфаліпідаў, малекуламі халестэрыну, вавёркамі і вугляводамі.

фасфаліпіды

Фасфаліпіды складаюць асноўную структуру клеткавай мембраны. Гэтыя малекулы маюць два розных канца: галаву і хвост. Галаўнога канец ўтрымлівае фасфатнай групы і з'яўляецца гідрафільныя. Гэта значыць, што ён прыцягваецца да малекулам вады. Хвост складаецца з вадароду і атамаў вугляроду, званых ланцужкамі тоўстых кіслот. Гэтыя ланцугу гідрафобныя, яны не любяць змешвацца з малекуламі вады. Гэты працэс нагадвае тое, што адбываецца, калі вы льяце раслінны алей у ваду, гэта значыць яно ў ёй не раствараецца. Асаблівасці клетачнай мембраны звязаныя з так званым ліпіднага бислоем, які складаецца з фасфаліпідаў. Гідрафільныя фасфатныя галавы заўсёды размяшчаюцца там, дзе ёсць вада ў выглядзе унутрыклеткавай і пазаклеткавай вадкасці. Гідрафобныя хвасты фасфаліпідаў ў мембране арганізаваны такім чынам, што трымаюць іх далей ад вады.

Халестэрын, вавёркі і вугляводы

Пачуўшы слова "халестэрын", людзі звычайна думаюць, што гэта дрэнна. Аднак на самай справе халестэрын з'яўляецца вельмі важным кампанентам клеткавых мембран. Яго малекулы складаюцца з чатырох кольцаў вадароду і атамаў вугляроду. Яны гідрафобныя і сустракаюцца сярод гідрафобных хвастоў ў ліпідных бі-пласце. Іх важнасць заключаецца ў падтрыманні кансістэнцыі, яны ўмацоўваюць мембраны, прадухіляючы скрыжаванне. Малекулы халестэрыну таксама трымаюць фосфолипидные хвасты ад ўступлення ў кантакт і твердевания. Гэта гарантуе цякучасць і гнуткасць. Мембранныя вавёркі выконваюць функцыі ферментаў па паскарэнню хімічных рэакцый, выступаюць у якасці рэцэптараў для спецыфічных малекул або транспартуюць рэчывы праз клеткавую мембрану.

Вугляводы, або сахариды, сустракаюцца толькі на пазаклеткавай баку мембраны клеткі. Разам яны ўтвараюць гликокаликс. Ён забяспечвае амартызацыю і абарону плазматычнай мембраны. На аснове структуры і тыпу вугляводаў у гликокаликсе арганізм можа распазнаваць клеткі і вызначаць, ці павінны яны быць там ці не.

мембранныя вавёркі

Будынак клеткавай мембраны жывёльнай клеткі немагчыма ўявіць без такога значнага кампанента, як бялок. Нягледзячы на гэта, яны могуць значна саступаць па памерах іншай важнай складнікам - ліпідам. Існуе тры выгляду асноўных мембранных бялкоў.

• Інтэгральныя. Яны цалкам ахопліваюць бі-пласт, цытаплазму і пазаклеткавую асяроддзе. Яны выконваюць транспартную і сігналізуе функцыю.
• Перыферычныя. Вавёркі прымацоўваюцца да мембране пры дапамозе электрастатычных або вадародных сувязяў у іх цытаплазматычных або пазаклеткавай паверхнях. Яны ўдзельнічаюць у асноўным як сродак мацавання для інтэгральных бялкоў.
• Трансмембранный. Яны выконваюць ферментатыўную і сігнальную функцыі, а таксама мадулююць асноўную структуру ліпіднага бі-пласта мембраны.

Функцыі біялагічных мембран

Гідрафобны эфект, які рэгламентуе паводзіны вуглевадародаў у вадзе, кантралюе структуры, адукаваныя з дапамогай мембранных ліпідаў і мембранных бялкоў. Многія ўласцівасці мембран даруются носьбітамі ліпідных бі-слаёў, якія ўтвараюць базавую структуру для ўсіх біялагічных мембран. Інтэгральныя мембранныя вавёркі часткова схаваныя ў ліпідных бі-пласце. Трансмембранный вавёркі маюць спецыялізаваную арганізацыю амінакіслот у іх першаснай паслядоўнасці.

Перыферычныя мембранныя вавёркі вельмі падобныя на растваральныя, але яны таксама прывязаныя да мембранах. Спецыялізаваныя клеткавыя мембраны маюць спецыялізаваныя функцыі клетак. Як будова і функцыі клетачных мембран аказваюць уплыў на арганізм? Ад таго, хто яны такія біялагічныя мембраны, залежыць забеспячэнне функцыянальнасці ўсяго арганізма. З ўнутрыклеткавых арганэл, пазаклеткавай і міжклеткавых узаемадзеянняў мембран ствараюцца структуры, неабходных для арганізацыі і выканання біялагічных функцый. Многія структурныя і функцыянальныя асаблівасці з'яўляюцца агульнымі для бактэрый, эукарыятычнай клетак і оболочечных вірусаў. Усе біялагічныя мембраны пабудаваныя на ліпідны бі-пласце, што абумоўлівае наяўнасць шэрагу агульных характарыстык. Мембранныя вавёркі валодаюць мноствам спецыфічных функцый.

• Якая кантралюе. Плазматычныя мембраны клетак вызначаюць межы ўзаемадзеяння клеткі з навакольным асяроддзем.
• Транспартная. Унутрыклеткавыя мембраны клетак падзеленыя на некалькі функцыянальных блокаў з рознай унутранай кампазіцыяй, кожная з якіх падтрымліваецца неабходнай транспартнай функцыяй ў спалучэнні з пранікальнасцю кіравання.
• Сігнальная трансдукция. Зліццё мембран забяспечвае механізм ўнутрыклеткавага везикулярного абвесткі і перашкоды рознага роду вірусам свабодна пранікаць у клетку.

Значэнне і высновы

Будова вонкавай клеткавай мембраны аказвае ўплыў на ўвесь арганізм. Яна гуляе важную ролю ў абароне цэласнасці, дазваляючы пранікненне толькі выбраных рэчываў. Гэта таксама добрая база для мацавання Цыташкілет і клетачнай сценкі, што дапамагае ў захаванні формы клеткі. Ліпіды складаюць каля 50% масы мембраны большасці клетак, хоць гэты паказчык вар'іруецца ў залежнасці ад тыпу мембраны. Будова вонкавай клеткавай мембраны млекакормячых з'яўляюцца больш складаным, там утрымліваюцца чатыры асноўных фасфаліпіды. Важным уласцівасцю ліпідных бі-слаёў з'яўляецца тое, што яны паводзяць сябе як двухмерныя вадкасці, у якой асобныя малекулы могуць свабодна круціцца і перамяшчацца ў бакавых кірунках. Такая цякучасць - гэта важная ўласцівасць мембран, якое вызначаецца ў залежнасці ад тэмпературы і ліпіднага складу. Дзякуючы вуглевадароднай кальцавой структуры халестэрын адыгрывае пэўную ролю ў вызначэнні цякучасці мембран. Выбарчая пранікальнасць біялагічных мембран для малых малекул дазваляе клетцы кантраляваць і падтрымліваць яе ўнутраную структуру.

Разглядаючы будынак клеткі (клеткавая мембрана, ядро і гэтак далей), можна зрабіць выснову аб тым, што арганізм - гэта самарэгулявальная сістэма, якая без старонняй дапамогі не зможа сабе нашкодзіць і заўсёды будзе шукаць шляхі для аднаўлення, абароны і правільнага функцыянавання кожнай клеткі.