Dzīva organisma pamatstruktūrvienība ir šūna, kas ir diferencēta citoplazmas daļa, ko ieskauj šūnas membrāna. Ņemot vērā to, ka šūna veic daudzas svarīgas funkcijas, piemēram, vairošanos, uzturu, kustību, apvalkam jābūt plastiskam un blīvam.
Šūnu membrānas atklāšanas un izpētes vēsture
1925. gadā Grendels un Gorders veica veiksmīgu eksperimentu, lai identificētu eritrocītu "ēnas" jeb tukšās čaulas. Neskatoties uz vairākām rupjām kļūdām, zinātnieki atklāja lipīdu divslāņu slāni. Viņu darbu turpināja Danielli, Dawson 1935. gadā, Robertsons 1960. gadā. Daudzu gadu darba un argumentu uzkrāšanās rezultātā 1972. gadā Singers un Nikolsons izveidoja membrānas struktūras šķidruma mozaīkas modeli. Turpmākie eksperimenti un pētījumi apstiprināja zinātnieku darbus.
Nozīme
Kas ir šūnu membrāna? Šo vārdu sāka lietot vairāk nekā pirms simts gadiem, tulkojumā no latīņu valodas tas nozīmē "plēve", "āda". Tātad norādiet šūnas robežu, kas ir dabiska barjera starp iekšējo saturu un ārējo vidi. Šūnas membrānas struktūra liecina par puscaurlaidību, kuras dēļ mitrums un barības vielas un sabrukšanas produkti var brīvi iziet cauri tai. Šo apvalku var saukt par galveno šūnas organizācijas strukturālo sastāvdaļu.
Apsveriet galvenās šūnu membrānas funkcijas
1. Atdala šūnas iekšējo saturu un ārējās vides sastāvdaļas.
2. Palīdz uzturēt nemainīgu šūnas ķīmisko sastāvu.
3. Regulē pareizu vielmaiņu.
4. Nodrošina starpsavienojumu starp šūnām.
5. Atpazīst signālus.
6. Aizsardzības funkcija.
"Plazmas apvalks"
Šūnu ārējā membrāna, ko sauc arī par plazmas membrānu, ir ultramikroskopiska plēve, kuras biezums ir no pieciem līdz septiņiem nanometriem. Tas sastāv galvenokārt no olbaltumvielu savienojumiem, fosfolīda, ūdens. Plēve ir elastīga, viegli uzsūc ūdeni, kā arī ātri atjauno savu integritāti pēc bojājumiem.
Atšķiras ar universālu struktūru. Šī membrāna ieņem robežstāvokli, piedalās selektīvās caurlaidības, sabrukšanas produktu izvadīšanas procesā, sintezē tos. Attiecības ar "kaimiņiem" un uzticama iekšējā satura aizsardzība pret bojājumiem padara to par svarīgu sastāvdaļu tādā jautājumā kā šūnas struktūra. Dzīvnieku organismu šūnu membrāna dažkārt izrādās pārklāta ar plānāko slāni - glikokaliksu, kurā ietilpst olbaltumvielas un polisaharīdi. Augu šūnas ārpus membrānas ir aizsargātas ar šūnu sieniņu, kas darbojas kā atbalsts un saglabā formu. Tās sastāva galvenā sastāvdaļa ir šķiedra (celuloze) - polisaharīds, kas nešķīst ūdenī.
Tādējādi ārējā šūnu membrāna veic remonta, aizsardzības un mijiedarbības ar citām šūnām funkciju.
Šūnu membrānas struktūra
Šī kustīgā apvalka biezums svārstās no sešiem līdz desmit nanometriem. Šūnas šūnu membrānai ir īpašs sastāvs, kura pamatā ir lipīdu divslānis. Hidrofobās astes, kas ir inertas pret ūdeni, atrodas iekšpusē, savukārt hidrofilās galvas, kas mijiedarbojas ar ūdeni, ir pagrieztas uz āru. Katrs lipīds ir fosfolipīds, kas ir tādu vielu kā glicerīna un sfingozīna mijiedarbības rezultāts. Lipīdu pamatni cieši ieskauj olbaltumvielas, kas atrodas nepārtrauktā slānī. Daži no tiem ir iegremdēti lipīdu slānī, pārējie iet caur to. Rezultātā veidojas ūdens caurlaidīgas zonas. Šo proteīnu veiktās funkcijas ir atšķirīgas. Daži no tiem ir fermenti, pārējie ir transporta proteīni, kas pārnes dažādas vielas no ārējās vides uz citoplazmu un otrādi.
Šūnu membrāna ir caurstrāvota un cieši saistīta ar integrālajām olbaltumvielām, savukārt savienojums ar perifērajiem ir mazāk spēcīgs. Šīs olbaltumvielas veic svarīgu funkciju, proti, uzturēt membrānas struktūru, uztvert un pārveidot signālus no vides, transportēt vielas un katalizēt reakcijas, kas notiek uz membrānām.
Savienojums
Šūnu membrānas pamatā ir bimolekulārais slānis. Pateicoties tās nepārtrauktībai, šūnai ir barjeras un mehāniskās īpašības. Dažādos dzīves posmos šis divslānis var tikt izjaukts. Tā rezultātā veidojas caurejošu hidrofilu poru struktūras defekti. Šajā gadījumā var mainīties pilnīgi visas tādas sastāvdaļas kā šūnu membrānas funkcijas. Šajā gadījumā kodols var ciest no ārējām ietekmēm.
Īpašības
Šūnas šūnu membrānai ir interesantas funkcijas. Pateicoties tā plūstamībai, šis apvalks nav stingra struktūra, un galvenā proteīnu un lipīdu daļa, kas veido tā sastāvu, brīvi pārvietojas membrānas plaknē.
Kopumā šūnu membrāna ir asimetriska, tāpēc olbaltumvielu un lipīdu slāņu sastāvs ir atšķirīgs. Plazmas membrānām dzīvnieku šūnās ārējā pusē ir glikoproteīna slānis, kas veic receptoru un signālu funkcijas, kā arī spēlē nozīmīgu lomu šūnu apvienošanas procesā audos. Šūnas membrāna ir polāra, tas ir, lādiņš no ārpuses ir pozitīvs, bet iekšpusē tas ir negatīvs. Papildus visam iepriekšminētajam šūnu membrānai ir selektīvs ieskats.
Tas nozīmē, ka papildus ūdenim šūnā tiek ielaista tikai noteikta molekulu grupa un izšķīdušo vielu joni. Tādas vielas kā nātrija koncentrācija lielākajā daļā šūnu ir daudz zemāka nekā ārējā vidē. Kālija joniem raksturīga cita attiecība: to skaits šūnā ir daudz lielāks nekā vidē. Šajā sakarā nātrija joniem ir tendence iekļūt šūnu membrānā, un kālija joni mēdz izdalīties ārpusē. Šādos apstākļos membrāna aktivizē īpašu sistēmu, kas veic “sūknēšanas” lomu, izlīdzinot vielu koncentrāciju: nātrija joni tiek izsūknēti uz šūnas virsmu, bet kālija joni tiek sūknēti uz iekšu. Šī funkcija ir iekļauta svarīgākajās šūnu membrānas funkcijās.
Šai nātrija un kālija jonu tendencei pārvietoties uz iekšu no virsmas ir liela nozīme cukura un aminoskābju transportēšanā šūnā. Nātrija jonu aktīvas noņemšanas procesā no šūnas membrāna rada apstākļus jaunai glikozes un aminoskābju ieplūšanai iekšpusē. Gluži pretēji, kālija jonu pārvietošanas procesā šūnā tiek papildināts sabrukšanas produktu "transportētāju" skaits no šūnas iekšpuses uz ārējo vidi.
Kā šūna tiek barota caur šūnu membrānu?
Daudzas šūnas uzņem vielas, izmantojot tādus procesus kā fagocitoze un pinocitoze. Pirmajā variantā nelielu padziļinājumu izveido elastīga ārējā membrāna, kurā atrodas notvertā daļiņa. Tad padziļinājuma diametrs kļūst lielāks, līdz apkārt esošā daļiņa nonāk šūnas citoplazmā. Ar fagocitozes palīdzību tiek baroti daži vienšūņi, piemēram, amēbas, kā arī asins šūnas - leikocīti un fagocīti. Tāpat šūnas absorbē šķidrumu, kas satur nepieciešamās uzturvielas. Šo parādību sauc par pinocitozi.
Ārējā membrāna ir cieši saistīta ar šūnas endoplazmas tīklu.
Daudzos audu pamatkomponentu veidos uz membrānas virsmas atrodas izvirzījumi, krokas un mikrovirsmas. Šīs čaulas ārpusē augu šūnas ir pārklātas ar citu, biezu un skaidri redzamu mikroskopā. Šķiedra, no kuras tie ir izgatavoti, palīdz veidot atbalstu augu audiem, piemēram, kokam. Dzīvnieku šūnām ir arī vairākas ārējās struktūras, kas atrodas uz šūnas membrānas. Tiem ir tikai aizsargājošs raksturs, piemēram, hitīns, kas atrodas kukaiņu iekšējās šūnās.
Papildus šūnu membrānai ir arī intracelulāra membrāna. Tās funkcija ir sadalīt šūnu vairākos specializētos slēgtos nodalījumos – nodalījumos jeb organellās, kur jāuztur noteikta vide.
Tādējādi nav iespējams pārvērtēt tādas dzīvā organisma pamatvienības sastāvdaļas kā šūnu membrānas lomu. Struktūra un funkcijas nozīmē būtisku kopējās šūnas virsmas laukuma paplašināšanos, vielmaiņas procesu uzlabošanos. Šī molekulārā struktūra sastāv no olbaltumvielām un lipīdiem. Atdalot šūnu no ārējās vides, membrāna nodrošina tās integritāti. Ar tās palīdzību starpšūnu saites tiek uzturētas pietiekami spēcīgā līmenī, veidojot audus. Šajā sakarā varam secināt, ka vienu no svarīgākajām lomām šūnā spēlē šūnas membrāna. Tās struktūra un funkcijas dažādās šūnās ir radikāli atšķirīgas atkarībā no to mērķa. Pateicoties šīm pazīmēm, tiek panākta daudzveidīga šūnu membrānu fizioloģiskā aktivitāte un to loma šūnu un audu pastāvēšanā.
Īss apraksts:
Sazonovs V.F. 1_1 Šūnu membrānas struktūra [Elektroniskais resurss] // Kineziologs, 2009-2018: [vietne]. Atjaunināšanas datums: 06.02.2018..__.201_). _Aprakstīta šūnas membrānas uzbūve un funkcionēšana (sinonīmi: plazmolema, plazmolemma, biomembrāna, šūnu membrāna, ārējā šūnu membrāna, šūnu membrāna, citoplazmas membrāna). Šī sākotnējā informācija ir nepieciešama gan citoloģijai, gan nervu darbības procesu izpratnei: nervu uzbudinājums, inhibīcija, sinapses un sensoro receptoru darbs.
šūnu membrāna (plazma a lemma vai plazma par lemma)
Jēdziena definīcija
Šūnas membrāna (sinonīmi: plazmolema, plazmolemma, citoplazmas membrāna, biomembrāna) ir trīskārša lipoproteīna (t.i. "tauku-proteīna") membrāna, kas atdala šūnu no apkārtējās vides un veic kontrolētu apmaiņu un komunikāciju starp šūnu un tās vidi.
Galvenais šajā definīcijā ir nevis tas, ka membrāna atdala šūnu no vides, bet tikai tas, ka tā savieno šūna ar vidi. Membrāna ir aktīvs šūnas struktūra, tā pastāvīgi strādā.
Bioloģiskā membrāna ir īpaši plāna bimolekulāra fosfolipīdu plēve, kas pārklāta ar olbaltumvielām un polisaharīdiem. Šī šūnu struktūra ir dzīva organisma barjeras, mehānisko un matricas īpašību pamatā (Antonov VF, 1996).
Membrānas tēlains attēlojums
Man šūnu membrāna šķiet kā režģa žogs ar daudzām durvīm, kas ieskauj noteiktu teritoriju. Jebkura maza dzīvā būtne var brīvi pārvietoties pa šo žogu uz priekšu un atpakaļ. Taču lielāki apmeklētāji var ienākt tikai pa durvīm, un arī tad ne visi. Dažādiem apmeklētājiem ir atslēgas tikai savām durvīm, un viņi nevar iziet cauri svešām durvīm. Tātad caur šo žogu nepārtraukti notiek apmeklētāju plūsmas uz priekšu un atpakaļ, jo membrānas žoga galvenā funkcija ir divējāda: atdalīt teritoriju no apkārtējās telpas un vienlaikus savienot to ar apkārtējo telpu. Šim nolūkam žogā ir daudz caurumu un durvju - !
Membrānas īpašības
1. Caurlaidība.
2. Daļēja caurlaidība (daļēja caurlaidība).
3. Selektīva (sinonīms: selektīva) caurlaidība.
4. Aktīvā caurlaidība (sinonīms: aktīvais transports).
5. Kontrolēta caurlaidība.
Kā redzat, membrānas galvenā īpašība ir tās caurlaidība pret dažādām vielām.
6. Fagocitoze un pinocitoze.
7. Eksocitoze.
8. Elektrisko un ķīmisko potenciālu klātbūtne, precīzāk, potenciālu atšķirība starp membrānas iekšējo un ārējo pusi. Tēlaini tā var teikt "membrāna pārvērš šūnu par "elektrisko akumulatoru", kontrolējot jonu plūsmas". Sīkāka informācija: .
9. Elektriskā un ķīmiskā potenciāla izmaiņas.
10. Aizkaitināmība. Speciālie molekulārie receptori, kas atrodas uz membrānas, var savienoties ar signālu (kontroles) vielām, kā rezultātā var mainīties membrānas un visas šūnas stāvoklis. Molekulārie receptori izraisa bio ķīmiskās reakcijas reaģējot uz ligandu (kontrolvielu) kombināciju ar tiem. Ir svarīgi atzīmēt, ka signālviela iedarbojas uz receptoru no ārpuses, savukārt izmaiņas turpinās šūnas iekšienē. Izrādās, ka membrāna pārraidīja informāciju no vides uz šūnas iekšējo vidi.
11. Katalītiskā fermentatīvā aktivitāte. Fermenti var būt iestrādāti membrānā vai saistīti ar tās virsmu (gan šūnas iekšpusē, gan ārpusē), un tur tie veic savu fermentatīvo darbību.
12. Virsmas formas un tās laukuma maiņa. Tas ļauj membrānai veidot izaugumus uz āru vai, gluži pretēji, iebrukumus šūnā.
13. Spēja veidot kontaktus ar citām šūnu membrānām.
14. Adhēzija – spēja pielipt pie cietām virsmām.
Īss membrānas īpašību saraksts
- Caurlaidība.
- Endocitoze, eksocitoze, transcitoze.
- Potenciāli.
- Aizkaitināmība.
- fermentatīvā aktivitāte.
- Kontakti.
- Adhēzija.
Membrānas funkcijas
1. Iekšējā satura nepilnīga izolācija no ārējās vides.
2. Šūnu membrānas darbā galvenais ir maiņa dažādi vielas starp šūnu un ārpusšūnu vidi. Tas ir saistīts ar tādu membrānas īpašību kā caurlaidība. Turklāt membrāna regulē šo apmaiņu, regulējot tās caurlaidību.
3. Vēl viena svarīga membrānas funkcija ir radot atšķirības ķīmiskajos un elektriskajos potenciālos starp tās iekšējo un ārējo pusi. Sakarā ar to šūnas iekšpusē ir negatīvs elektriskais potenciāls - .
4. Caur membrānu tiek veikta arī informācijas apmaiņa starp šūnu un tās vidi. Speciālie molekulārie receptori, kas atrodas uz membrānas, var saistīties ar kontroles vielām (hormoniem, mediatoriem, modulatoriem) un šūnā izraisīt bioķīmiskas reakcijas, izraisot dažādas izmaiņas šūnā vai tās struktūrās.
Video:Šūnu membrānas struktūra
Video lekcija:Sīkāka informācija par membrānas struktūru un transportu
Membrānas struktūra
Šūnu membrānai ir universāls trīsslāņu struktūra. Tās vidējais tauku slānis ir nepārtraukts, un augšējais un apakšējais proteīna slānis pārklāj to atsevišķu proteīna apgabalu mozaīkas veidā. Tauku slānis ir pamats, kas nodrošina šūnas izolāciju no apkārtējās vides, izolējot to no apkārtējās vides. Pati par sevi tas ļoti slikti izvada ūdenī šķīstošas vielas, bet viegli izvada taukos šķīstošas. Tāpēc membrānas caurlaidība ūdenī šķīstošām vielām (piemēram, joniem) ir jānodrošina ar īpašām olbaltumvielu struktūrām - un.
Zemāk ir redzamas kontaktējošo šūnu reālu šūnu membrānu mikrofotogrāfijas, kas iegūtas, izmantojot elektronu mikroskopu, kā arī shematisks zīmējums, kurā parādīta trīsslāņu membrāna un tās proteīna slāņu mozaīkas raksturs. Lai palielinātu attēlu, noklikšķiniet uz tā.
Atsevišķs šūnas membrānas iekšējā lipīdu (tauku) slāņa attēls, caurstrāvots ar integrētiem iegultiem proteīniem. Augšējais un apakšējais proteīna slānis tiek noņemts, lai netraucētu lipīdu divslāņa apsvēršanu
Attēls iepriekš: nepilnīgs shematisks šūnu membrānas (šūnas sienas) attēlojums no Wikipedia.
Ņemiet vērā, ka šeit no membrānas ir noņemts ārējais un iekšējais proteīna slānis, lai mēs varētu labāk redzēt centrālo tauku dubulto lipīdu slāni. Īstā šūnu membrānā lielas olbaltumvielu "salas" peld augšā un apakšā gar taukaino plēvi (mazas bumbiņas attēlā), un membrāna izrādās biezāka, trīsslāņu: proteīns-tauki-olbaltumvielas . Tātad patiesībā tas ir kā sviestmaize no divām proteīna "maizes šķēlēm" ar biezu "sviesta" kārtu vidū, t. ir trīsslāņu struktūra, nevis divslāņu.
Šajā attēlā mazas zilas un baltas bumbiņas atbilst lipīdu hidrofilajām (mitrināmajām) "galvām", un tām piestiprinātās "stīgas" atbilst hidrofobajām (nemitrināmajām) "astēm". No olbaltumvielām ir parādīti tikai integrālie membrānas proteīni (sarkanās globulas un dzeltenās spirāles). Dzelteni ovāli punkti membrānas iekšpusē ir holesterīna molekulas Dzeltenzaļas lodīšu ķēdes membrānas ārpusē ir oligosaharīdu ķēdes, kas veido glikokaliksu. Glikokalikss ir kā ogļhidrātu ("cukura") "pūka" uz membrānas, ko veido garas ogļhidrātu-olbaltumvielu molekulas, kas izvirzītas no tās.
Living ir mazs "olbaltumvielu-tauku maisiņš", kas pildīts ar pusšķidru želejveida saturu, kurā iekļūst plēves un caurules.
Šī maisiņa sienas veido dubultā tauku (lipīdu) plēve, kas no iekšpuses un ārpuses pārklāta ar olbaltumvielām - šūnu membrānu. Tāpēc tiek teikts, ka membrānai ir trīsslāņu struktūra : olbaltumvielas-tauki-olbaltumvielas. Šūnas iekšpusē ir arī daudzas līdzīgas tauku membrānas, kas sadala tās iekšējo telpu nodalījumos. Šūnu organellus ieskauj vienas un tās pašas membrānas: kodols, mitohondriji, hloroplasti. Tātad membrāna ir universāla molekulāra struktūra, kas raksturīga visām šūnām un visiem dzīviem organismiem.
Kreisajā pusē vairs nav īsts, bet mākslīgs bioloģiskās membrānas gabala modelis: tas ir momentuzņēmums no taukainā fosfolipīdu divslāņa (t.i., dubultā slāņa) tā molekulārās dinamikas modelēšanas procesā. Parādīta modeļa aprēķina šūna - 96 PQ molekulas ( f osfatidils X oliīns) un 2304 ūdens molekulas, kopā 20544 atomi.
Labajā pusē ir vizuāls modelis vienai tā paša lipīda molekulai, no kuras tiek samontēts membrānas lipīdu divslānis. Tam ir hidrofila (ūdeni mīloša) galva augšpusē un divas hidrofobas (ūdens baidās) astes apakšā. Šim lipīdam ir vienkāršs nosaukums: 1-steroil-2-dokozaheksaenoil-Sn-glicero-3-fosfatidilholīns (18:0/22:6(n-3)cis PC), taču jums tas nav jāiegaumē, ja vien plānojiet, lai jūsu skolotājs apstulbinātu jūsu zināšanu dziļumu.
Varat sniegt precīzāku šūnas zinātnisku definīciju:
ir sakārtota, strukturēta heterogēna biopolimēru sistēma, ko ierobežo aktīva membrāna, kas piedalās vienotā vielmaiņas, enerģijas un informācijas procesu komplektā, kā arī uztur un reproducē visu sistēmu kopumā.
Šūnas iekšpusē iekļūst arī membrānas, un starp membrānām nav ūdens, bet gan viskozs gēls / sols ar mainīgu blīvumu. Tāpēc šūnā mijiedarbojošās molekulas nepeld brīvi, kā mēģenē ar ūdens šķīdumu, bet pārsvarā sēž (imobilizējas) uz citoskeleta vai intracelulāro membrānu polimēru struktūrām. Un tāpēc ķīmiskās reakcijas notiek šūnā gandrīz kā cietā ķermenī, nevis šķidrumā. Arī ārējā membrāna, kas ieskauj šūnu, ir pārklāta ar fermentiem un molekulāriem receptoriem, padarot to par ļoti aktīvu šūnas daļu.
Šūnas membrāna (plazmalemma, plazmolemma) ir aktīvs apvalks, kas atdala šūnu no apkārtējās vides un savieno to ar vidi. © Sazonov V.F., 2016.
No šīs membrānas definīcijas izriet, ka tā nevis vienkārši ierobežo šūnu, bet aktīvi strādā saistot to ar vidi.
Tauki, kas veido membrānas, ir īpaši, tāpēc to molekulas parasti sauc ne tikai par taukiem, bet lipīdi, fosfolipīdi, sfingolipīdi. Membrānas plēve ir dubultā, t.i., tā sastāv no divām kopā salīmētām plēvēm. Tāpēc mācību grāmatās rakstīts, ka šūnu membrānas pamatne sastāv no diviem lipīdu slāņiem (vai " divslāņu", t.i., dubultslānis). Katram atsevišķam lipīdu slānim vienu pusi var samitrināt ar ūdeni, bet otru ne. Tātad šīs plēves salīp viena ar otru tieši ar savām nesamitrošajām pusēm.
baktēriju membrāna
Gramnegatīvo baktēriju prokariotu šūnas apvalks sastāv no vairākiem slāņiem, kas parādīti attēlā zemāk.
Gramnegatīvo baktēriju čaumalas slāņi:
1. Iekšējā trīsslāņu citoplazmas membrāna, kas saskaras ar citoplazmu.
2. Šūnu siena, kas sastāv no mureīna.
3. Ārējā trīsslāņu citoplazmas membrāna, kurai ir tāda pati lipīdu sistēma ar olbaltumvielu kompleksiem kā iekšējai membrānai.
Gramnegatīvo baktēriju šūnu komunikācija ar ārpasauli, izmantojot tik sarežģītu trīspakāpju struktūru, nedod tām priekšrocības izdzīvošanā skarbos apstākļos salīdzinājumā ar grampozitīvām baktērijām, kurām ir mazāk spēcīgs apvalks. Viņi tikpat labi nepanes augstu temperatūru. paaugstināts skābums un spiediens pazeminās.
Video lekcija:Plazmas membrāna. E.V. Cheval, Ph.D.
Video lekcija:Membrāna kā šūnu robeža. A. Iļjaskins
Membrānas jonu kanālu nozīme
Ir viegli saprast, ka caur membrānas tauku plēvi šūnā var iekļūt tikai taukos šķīstošās vielas. Tie ir tauki, spirti, gāzes. Piemēram, eritrocītos skābeklis un oglekļa dioksīds viegli nokļūst iekšā un ārā tieši caur membrānu. Bet ūdens un ūdenī šķīstošās vielas (piemēram, joni) vienkārši nevar iekļūt caur membrānu nevienā šūnā. Tas nozīmē, ka tiem ir nepieciešami īpaši caurumi. Bet, ja jūs vienkārši izveidojat caurumu taukainajā plēvē, tad tā nekavējoties savilksies atpakaļ. Ko darīt? Dabā tika atrasts risinājums: nepieciešams izgatavot īpašas olbaltumvielu transportēšanas struktūras un izstiept tās caur membrānu. Tādā veidā tiek iegūti taukos nešķīstošo vielu pārejas kanāli - šūnu membrānas jonu kanāli.
Tātad, lai tā membrānai piešķirtu papildu caurlaidības īpašības polārajām molekulām (joniem un ūdenim), šūna citoplazmā sintezē īpašus proteīnus, kas pēc tam tiek integrēti membrānā. Tie ir divu veidu: transportētāji proteīni (piemēram, transporta ATPāzes) un kanālu veidojošie proteīni (kanālu veidotāji). Šie proteīni ir iestrādāti membrānas dubultā tauku slānī un veido transporta struktūras transportētāju vai jonu kanālu veidā. Caur šīm transporta struktūrām tagad var iziet dažādas ūdenī šķīstošas vielas, kuras citādi nevar iziet cauri tauku membrānas plēvei.
Kopumā tiek saukti arī proteīni, kas iestrādāti membrānā neatņemama, tieši tāpēc, ka tās it kā ir iekļautas membrānas sastāvā un caur un cauri tajā iekļūst. Citi proteīni, kas nav neatņemami, it kā veido salas, kas "peld" uz membrānas virsmas: vai nu gar tās ārējo virsmu, vai gar iekšējo. Galu galā visi zina, ka tauki ir laba smērviela un pa tiem ir viegli slīdēt!
secinājumus
1. Kopumā membrāna ir trīsslāņu:
1) proteīna "salu" ārējais slānis,
2) taukainā divslāņu "jūra" (lipīdu divslāņu), t.i. dubultā lipīdu plēve
3) proteīna "salu" iekšējais slānis.
Bet ir arī irdens ārējais slānis - glikokalikss, ko veido glikoproteīni, kas izlīp no membrānas. Tie ir molekulārie receptori, pie kuriem saistās signalizācijas kontroles.
2. Membrānā ir iebūvētas īpašas proteīna struktūras, kas nodrošina tās caurlaidību joniem vai citām vielām. Mēs nedrīkstam aizmirst, ka dažviet tauku jūra ir caurstrāvota ar integrētiem proteīniem. Un tieši neatņemamie proteīni veido īpašus transporta struktūras šūnu membrāna (skatīt sadaļu 1_2 Membrānas transporta mehānismi). Caur tiem vielas nonāk šūnā, kā arī tiek izvadītas no šūnas uz āru.
3. Enzīmu proteīni var atrasties jebkurā membrānas pusē (ārējā un iekšējā), kā arī membrānas iekšpusē, kas ietekmē gan pašas membrānas stāvokli, gan visas šūnas dzīvi.
Tātad šūnas membrāna ir aktīva mainīga struktūra, kas aktīvi darbojas visas šūnas interesēs un savieno to ar ārpasauli, nevis ir tikai "aizsargčaula". Tas ir vissvarīgākais, kas jāzina par šūnu membrānu.
Medicīnā membrānas proteīnus bieži izmanto kā “mērķus”. zāles. Receptori, jonu kanāli, fermenti, transporta sistēmas darbojas kā tādi mērķi. Nesen, papildus membrānai, mērķis par ārstnieciskas vielas arī kļūst par gēniem, kas paslēpti šūnas kodolā.
Video:Ievads šūnu membrānas biofizikā: 1. membrānas struktūra (Vladimirovs Yu.A.)
Video:Šūnu membrānas vēsture, struktūra un funkcijas: Membrānu struktūra 2 (Vladimirov Yu.A.)
© 2010-2018 Sazonov V.F., © 2010-2016 kineziolog.bodhy.
13.Bioloģiskās šūnu membrānas. To īpašības, struktūra un funkcijas.
plazmas membrāna , vai plazmalemma,- visnoturīgākā, pamata, universālākā membrāna visām šūnām. Tā ir plānākā (apmēram 10 nm) plēve, kas pārklāj visu šūnu. Plazmalemma sastāv no olbaltumvielu un fosfolipīdu molekulām (1.6. att.).
Fosfolipīdu molekulas ir izvietotas divās rindās - ar hidrofobiem galiem uz iekšu, hidrofilām galvām uz iekšējo un ārējo ūdens vidi. Dažās vietās fosfolipīdu divslānis (dubultslānis) ir caurstrāvots ar olbaltumvielu molekulām (integrāliem proteīniem). Šādu olbaltumvielu molekulu iekšpusē ir kanāli - poras, caur kurām iziet ūdenī šķīstošās vielas. Cits olbaltumvielu molekulas iekļūstot lipīdu divslāņu pusē no vienas vai otras puses (daļēji integrēti proteīni). Uz eikariotu šūnu membrānu virsmas ir perifērās olbaltumvielas. Lipīdu un olbaltumvielu molekulas tiek turētas kopā ar hidrofilu-hidrofobu mijiedarbību.
Membrānu īpašības un funkcijas. Visas šūnu membrānas ir mobilas šķidruma struktūras, jo lipīdu un olbaltumvielu molekulas nav saistītas ar kovalentām saitēm un spēj diezgan ātri pārvietoties membrānas plaknē. Pateicoties tam, membrānas var mainīt savu konfigurāciju, t.i., tām ir plūstamība.
Membrānas ir ļoti dinamiskas struktūras. Viņi ātri atgūstas no bojājumiem, kā arī stiepjas un saraujas ar šūnu kustībām.
Dažādu šūnu tipu membrānas būtiski atšķiras pēc ķīmiskais sastāvs, un pēc relatīvā olbaltumvielu, glikoproteīnu, lipīdu satura tajos un līdz ar to arī pēc tajos esošo receptoru rakstura. Tāpēc katru šūnu tipu raksturo individualitāte, ko galvenokārt nosaka glikoproteīni. Ir iesaistīti sazarotās ķēdes glikoproteīni, kas izvirzīti no šūnu membrānas faktoru atpazīšanaārējā vidē, kā arī saistīto šūnu savstarpējā atpazīšanā. Piemēram, olšūna un spermatozoīdi atpazīst viens otru pēc šūnu virsmas glikoproteīniem, kas sader kopā kā atsevišķi veselas struktūras elementi. Šāda savstarpēja atzīšana ir nepieciešams posms pirms apaugļošanas.
Līdzīga parādība tiek novērota audu diferenciācijas procesā. Šajā gadījumā šūnas, kas pēc struktūras ir līdzīgas, atpazīstot plazmalemmas sekcijas, pareizi orientējas viena pret otru, tādējādi nodrošinot to saķeri un audu veidošanos. Saistīts ar atzīšanu transporta regulējums molekulas un joni caur membrānu, kā arī imunoloģiskā reakcija, kurā glikoproteīni spēlē antigēnu lomu. Tādējādi cukuri var darboties kā informatīvas molekulas (līdzīgi proteīniem un nukleīnskābēm). Membrānās ir arī specifiski receptori, elektronu nesēji, enerģijas pārveidotāji, fermentatīvie proteīni. Olbaltumvielas ir iesaistītas noteiktu molekulu transportēšanas nodrošināšanā šūnā vai no tās, veic citoskeleta strukturālo savienojumu ar šūnu membrānām vai kalpo kā receptori ķīmisko signālu uztveršanai un konvertēšanai no vides.
Svarīgākais membrānas īpašums ir arī selektīva caurlaidība. Tas nozīmē, ka molekulas un joni caur to iziet ar dažādu ātrumu, un, jo lielāks ir molekulu izmērs, jo lēnāka ir to pārvietošanās caur membrānu. Šis īpašums definē plazmas membrānu kā osmotiskā barjera.Ūdenim un tajā izšķīdinātajām gāzēm ir maksimālā iespiešanās spēja; joni cauri membrānai iziet daudz lēnāk. Ūdens difūziju caur membrānu sauc osmoze.
Ir vairāki mehānismi vielu transportēšanai cauri membrānai.
Difūzija- vielu iekļūšana caur membrānu pa koncentrācijas gradientu (no apgabala, kur to koncentrācija ir lielāka, līdz vietai, kur to koncentrācija ir zemāka). Vielu (ūdens, jonu) difūzā transportēšana tiek veikta, piedaloties membrānas olbaltumvielām, kurām ir molekulāras poras, vai ar lipīdu fāzes līdzdalību (taukos šķīstošām vielām).
Ar atvieglotu difūzijuīpaši membrānas nesējproteīni selektīvi saistās ar vienu vai otru jonu vai molekulu un pārnes tos pa membrānu pa koncentrācijas gradientu.
aktīvais transports ir saistīta ar enerģijas izmaksām un kalpo vielu transportēšanai pret to koncentrācijas gradientu. Viņš ko veic speciāli nesējproteīni, kas veido t.s jonu sūkņi. Visvairāk pētīts ir Na - / K - sūknis dzīvnieku šūnās, kas aktīvi izsūknē Na + jonus, vienlaikus absorbējot K - jonus. Pateicoties tam, šūnā tiek uzturēta liela K - koncentrācija un zemāka Na +, salīdzinot ar vidi. Šajā procesā tiek izmantota ATP enerģija.
Aktīvās transportēšanas rezultātā ar membrānas sūkņa palīdzību šūnā tiek regulēta arī Mg 2- un Ca 2+ koncentrācija.
Aktīvās jonu transportēšanas procesā šūnā caur citoplazmas membrānu iekļūst dažādi cukuri, nukleotīdi un aminoskābes.
Olbaltumvielu makromolekulas, nukleīnskābes, polisaharīdi, lipoproteīnu kompleksi utt., atšķirībā no joniem un monomēriem, neiziet cauri šūnu membrānām. Makromolekulu, to kompleksu un daļiņu transportēšana šūnā notiek pavisam citādi – caur endocitozi. Plkst endocitoze (endo...- iekšpusē) noteikta plazmlemmas daļa uztver un it kā apņem ārpusšūnu materiālu, iekļaujot to membrānas vakuolā, kas radusies membrānas invaginācijas rezultātā. Pēc tam šādu vakuolu savieno ar lizosomu, kuras fermenti sadala makromolekulas līdz monomēriem.
Endocitozes apgrieztais process ir eksocitoze (ekso...- ārpusē). Pateicoties viņam, šūna noņem intracelulāros produktus vai nesagremotos atlikumus, kas ir ievietoti vakuolos vai pu-
burbuļi. Pūslītis tuvojas citoplazmas membrānai, saplūst ar to, un tās saturs izdalās vidē. Kā tiek izvadīti gremošanas enzīmi, hormoni, hemiceluloze u.c.
Tādējādi bioloģiskās membrānas kā galvenie šūnas strukturālie elementi kalpo ne tikai kā fiziskas robežas, bet arī kā dinamiskas funkcionālas virsmas. Uz organellu membrānām tiek veikti daudzi bioķīmiski procesi, piemēram, aktīva vielu absorbcija, enerģijas pārveide, ATP sintēze utt.
Bioloģisko membrānu funkcijas sekojošais:
Tie norobežo šūnas saturu no ārējās vides un organellu saturu no citoplazmas.
Tie nodrošina vielu transportēšanu uz šūnu un no tās, no citoplazmas uz organellām un otrādi.
Tie spēlē receptoru lomu (signālu uztveršana un pārveidošana no vides, šūnu vielu atpazīšana utt.).
Tie ir katalizatori (nodrošina membrānas ķīmiskos procesus).
Piedalīties enerģijas pārveidošanā.
Ārpus šūna ir pārklāta ar apmēram 6-10 nm biezu plazmas membrānu (vai ārējo šūnu membrānu).
Šūnu membrāna ir blīva olbaltumvielu un lipīdu (galvenokārt fosfolipīdu) plēve. Lipīdu molekulas ir sakārtotas sakārtoti - perpendikulāri virsmai, divos slāņos tā, ka to daļas, kas intensīvi mijiedarbojas ar ūdeni (hidrofilas), ir vērstas uz āru, bet daļas, kas ir inertas pret ūdeni (hidrofobās), ir vērstas uz iekšpusi.
Olbaltumvielu molekulas atrodas nepārtrauktā slānī uz lipīdu karkasa virsmas abās pusēs. Daži no tiem ir iegremdēti lipīdu slānī, un daži iziet cauri tam, veidojot ūdeni caurlaidīgas zonas. Šīs olbaltumvielas pilda dažādas funkcijas – daži no tiem ir fermenti, citi ir transporta proteīni, kas iesaistīti noteiktu vielu pārnešanā no vides uz citoplazmu un otrādi.
Šūnu membrānas pamatfunkcijas
Viena no galvenajām bioloģisko membrānu īpašībām ir selektīva caurlaidība (puscaurlaidība)- dažas vielas iziet cauri tām ar grūtībām, citas viegli un pat pretī lielākai koncentrācijai.Tādējādi lielākajai daļai šūnu Na jonu koncentrācija iekšā ir daudz zemāka nekā vidē. K joniem ir raksturīga apgrieztā attiecība: to koncentrācija šūnā ir augstāka nekā ārpusē. Tāpēc Na joni vienmēr mēdz iekļūt šūnā, bet K joni - iziet ārpusē. Šo jonu koncentrāciju izlīdzināšanu novērš īpašas sistēmas klātbūtne membrānā, kas pilda sūkņa lomu, kas izsūknē Na jonus no šūnas un vienlaikus sūknē iekšā K jonus.
Na jonu vēlme pārvietoties no ārpuses uz iekšpusi tiek izmantota cukuru un aminoskābju transportēšanai šūnā. Aktīvi noņemot no šūnas Na jonus, tiek radīti apstākļi glikozes un aminoskābju iekļūšanai tajā.
Daudzās šūnās vielu uzsūkšanās notiek arī fagocitozes un pinocitozes ceļā. Plkst fagocitoze elastīgā ārējā membrāna veido nelielu padziļinājumu, kur nokļūst notvertā daļiņa. Šis padziļinājums palielinās, un, to ieskauj ārējās membrānas daļa, daļiņa tiek iegremdēta šūnas citoplazmā. Fagocitozes parādība ir raksturīga amēbai un dažiem citiem vienšūņiem, kā arī leikocītiem (fagocītiem). Tāpat šūnas absorbē šķidrumus, kas satur šūnai nepieciešamās vielas. Šo fenomenu sauca par pinocitoze.
Dažādu šūnu ārējās membrānas būtiski atšķiras gan pēc to olbaltumvielu un lipīdu ķīmiskā sastāva, gan pēc relatīvā satura. Tieši šīs pazīmes nosaka dažādu šūnu membrānu fizioloģiskās aktivitātes daudzveidību un to lomu šūnu un audu dzīvē.
Šūnas endoplazmatiskais tīkls ir savienots ar ārējo membrānu. Ar ārējo membrānu palīdzību tiek veikti dažāda veida starpšūnu kontakti, t.i. komunikācija starp atsevišķām šūnām.
Daudziem šūnu veidiem ir raksturīgs liels skaits izvirzījumu, kroku, mikrovirsmu uz to virsmas. Tie veicina gan ievērojamu šūnu virsmas laukuma palielināšanos, gan vielmaiņas uzlabošanos, kā arī atsevišķu šūnu stiprākas saites savā starpā.
Šūnu membrānas ārpusē augu šūnām ir biezas, optiskā mikroskopā skaidri redzamas membrānas, kas sastāv no celulozes (celulozes). Tie rada spēcīgu atbalstu augu audiem (koksnei).
Dažām dzīvnieku izcelsmes šūnām ir arī vairākas ārējās struktūras, kas atrodas uz šūnas membrānas un kurām ir aizsargājošs raksturs. Kā piemēru var minēt kukaiņu iekšējo šūnu hitīnu.
Šūnu membrānas funkcijas (īsi)
| Funkcija | Apraksts |
|---|---|
| aizsargbarjera | Atdala šūnas iekšējos organellus no ārējās vides |
| Regulējošais | Tas regulē vielu apmaiņu starp šūnas iekšējo saturu un ārējo vidi. |
| Norobežošana (nodalīšana) | Šūnas iekšējās telpas sadalīšana neatkarīgos blokos (nodalījumos) |
| Enerģija | - Enerģijas uzkrāšana un transformācija; - gaismas fotosintēzes reakcijas hloroplastos; - Absorbcija un sekrēcija. |
| Receptors (informācija) | Piedalās ierosmes veidošanā un tā vadīšanā. |
| Motors | Veic šūnas vai tās atsevišķu daļu kustību. |
Nevienam nav noslēpums, ka visas dzīvās būtnes uz mūsu planētas sastāv no to šūnām, šīm neskaitāmajām "" organiskajām vielām. Šūnas savukārt ieskauj īpašs aizsargapvalks - membrāna, kurai ir ļoti svarīga loma šūnas dzīvē, un šūnas membrānas funkcijas neaprobežojas tikai ar šūnas aizsardzību, bet ir vissarežģītākais iesaistītais mehānisms. šūnu reprodukcijā, uzturā un atjaunošanā.
Kas ir šūnu membrāna
Pats vārds “membrāna” no latīņu valodas tiek tulkots kā “plēve”, lai gan membrāna nav tikai sava veida plēve, kurā ir iesaiņota šūna, bet gan divu savstarpēji savienotu plēvju kombinācija, kurām ir dažādas īpašības. Faktiski šūnu membrāna ir trīs slāņu lipoproteīnu (tauku-olbaltumvielu) apvalks, kas atdala katru šūnu no blakus esošajām šūnām un vides, kā arī veic kontrolētu apmaiņu starp šūnām un vidi. Šī ir akadēmiskā definīcija par to, kas ir šūna. membrāna ir.
Membrānas vērtība ir vienkārši milzīga, jo tā ne tikai atdala vienu šūnu no otras, bet arī nodrošina šūnas mijiedarbību gan ar citām šūnām, gan ar vidi.
Šūnu membrānu izpētes vēsture
Svarīgu ieguldījumu šūnu membrānas izpētē sniedza divi vācu zinātnieki Gorters un Grendels tālajā 1925. gadā. Tieši tad izdevās veikt sarežģītu bioloģisko eksperimentu ar sarkanajām asins šūnām – eritrocītiem, kura laikā zinātnieki saņēma tā sauktās "ēnas", tukšas eritrocītu čaulas, kuras salocīja vienā kaudzē un izmērīja virsmas laukumu, kā arī aprēķināja tajos esošo lipīdu daudzumu. Pamatojoties uz iegūto lipīdu daudzumu, zinātnieki nonāca pie secinājuma, ka tie ir tieši pietiekami šūnu membrānas dubultslānim.
1935. gadā cits šūnu membrānu pētnieku pāris, šoreiz amerikāņi Daniels un Dosons, pēc vairākiem ilgstošiem eksperimentiem noteica proteīna saturu šūnas membrānā. Pretējā gadījumā nebija iespējams izskaidrot, kāpēc membrānai ir tik augsts virsmas spraigums. Zinātnieki gudri prezentēja šūnu membrānas modeli sviestmaizes formā, kurā maizes lomu spēlē viendabīgi lipīdu-olbaltumvielu slāņi, un starp tiem sviesta vietā ir tukšums.
1950. gadā, parādoties Daniela un Dosona elektroniskajai teorijai, jau bija iespējams apstiprināt praktiskus novērojumus - šūnu membrānas mikrogrāfijās bija skaidri redzami lipīdu un olbaltumvielu galviņu slāņi un arī tukša vieta starp tām.
1960. gadā amerikāņu biologs Dž.Robertsons izstrādāja teoriju par šūnu membrānu trīsslāņu uzbūvi, kas ilgu laiku tika uzskatīta par vienīgo patieso, taču līdz ar zinātnes tālāko attīstību sāka parādīties šaubas par tās nekļūdīgumu. Tātad, piemēram, no šūnu viedokļa būtu grūti un darbietilpīgi transportēt nepieciešamās derīgās vielas cauri visai “sviestmaizītei”
Un tikai 1972. gadā amerikāņu biologi S. Singers un G. Nikolsons spēja izskaidrot Robertsona teorijas neatbilstības, izmantojot jaunu šūnu membrānas šķidruma-mozaīkas modeli. Jo īpaši viņi atklāja, ka šūnu membrāna pēc sastāva nav viendabīga, turklāt tā ir asimetriska un piepildīta ar šķidrumu. Turklāt šūnas ir pastāvīgā kustībā. Un bēdīgi slavenajiem proteīniem, kas veido šūnu membrānu, ir dažādas struktūras un funkcijas.
Šūnu membrānas īpašības un funkcijas
Tagad apskatīsim, kādas funkcijas veic šūnu membrāna:
Šūnas membrānas barjerfunkcija - membrāna kā īsts robežsargs stāv sardzē pār šūnas robežām, aizkavējot, nelaižot cauri kaitīgas vai vienkārši nepiemērotas molekulas
Šūnu membrānas transporta funkcija - membrāna ir ne tikai robežsargs pie šūnas vārtiem, bet arī sava veida muitas kontrolpunkts, caur kuru nepārtraukti notiek derīgo vielu apmaiņa ar citām šūnām un vidi.
Matricas funkcija - tā ir šūnu membrāna, kas nosaka atrašanās vietu viena pret otru, regulē mijiedarbību starp tām.
Mehāniskā funkcija - atbild par vienas šūnas ierobežošanu no otras un paralēli par pareizu šūnu savienošanu savā starpā, par to veidošanu viendabīgos audos.
Šūnas membrānas aizsargfunkcija ir pamats šūnas aizsargvairoga veidošanai. Dabā šo funkciju var raksturot ar cietu koku, blīvu mizu, aizsargapvalku, un tas viss ir saistīts ar membrānas aizsargfunkciju.
Fermentatīvā funkcija ir vēl viena svarīga funkcija, ko veic daži šūnu proteīni. Piemēram, pateicoties šai funkcijai, gremošanas enzīmu sintēze notiek zarnu epitēlijā.
Papildus tam visam caur šūnu membrānu tiek veikta šūnu vielmaiņa, kas var notikt trīs dažādu reakciju rezultātā:
- Fagocitoze ir šūnu apmaiņa, kurā membrānā iestrādātās fagocītiskās šūnas uztver un sagremo dažādas barības vielas.
- Pinocitoze - ir process, ko uztver šūnu membrāna, šķidruma molekulas, kas saskaras ar to. Lai to izdarītu, uz membrānas virsmas tiek izveidotas īpašas ūsiņas, kas, šķiet, ieskauj šķidruma pilienu, veidojot burbuli, kuru pēc tam membrāna “norij”.
- Eksocitoze - ir apgriezts process, kad šūna caur membrānu izdala sekrēcijas funkcionālo šķidrumu uz virsmu.
Šūnu membrānas struktūra
Šūnu membrānā ir trīs lipīdu klases:
- fosfolipīdi (tie ir tauku un tauku kombinācija),
- glikolipīdi (tauku un ogļhidrātu kombinācija),
- holesterīns.
Savukārt fosfolipīdi un glikolipīdi sastāv no hidrofilas galvas, kurā iestiepjas divas garas hidrofobas astes. Savukārt holesterīns aizņem vietu starp šīm astēm, neļaujot tām izliekties, tas viss dažos gadījumos padara atsevišķu šūnu membrānu ļoti stingru. Papildus tam visam holesterīna molekulas regulē šūnu membrānas struktūru.
Taču, lai kā arī būtu, svarīgākā šūnas membrānas struktūras daļa ir olbaltumvielas, pareizāk sakot, dažādi proteīni, kuriem ir dažādas svarīgas lomas. Neskatoties uz membrānā esošo olbaltumvielu daudzveidību, ir kaut kas, kas tos vieno – gredzenveida lipīdi atrodas ap visiem membrānas proteīniem. Gredzenveida lipīdi ir īpaši strukturēti tauki, kas kalpo kā sava veida proteīnu aizsargapvalks, bez kura tie vienkārši nedarbotos.
Šūnas membrānas struktūrai ir trīs slāņi: šūnas membrānas pamats ir viendabīgs šķidro lipīdu slānis. Olbaltumvielas pārklāj to no abām pusēm kā mozaīku. Tieši olbaltumvielas papildus iepriekš aprakstītajām funkcijām spēlē arī savdabīgu kanālu lomu, pa kuriem caur membrānu iziet vielas, kas nespēj iekļūt membrānas šķidrajā slānī. Tajos ietilpst, piemēram, kālija un nātrija joni; to iekļūšanai caur membrānu daba nodrošina īpašus šūnu membrānu jonu kanālus. Citiem vārdiem sakot, olbaltumvielas nodrošina šūnu membrānu caurlaidību.
Ja mēs skatāmies uz šūnas membrānu caur mikroskopu, mēs redzēsim lipīdu slāni, ko veido mazas sfēriskas molekulas, uz kurām olbaltumvielas peld kā jūrā. Tagad jūs zināt, kādas vielas ir daļa no šūnu membrānas.
Šūnu membrāna, video
Un visbeidzot izglītojošs video par šūnu membrānu.
Šis raksts ir pieejams vietnē angļu valoda – .