Külső sejtmembrán. A sejtmembrán funkciói

Között fő funkciói sejt membrán gát, transzport, enzimatikus és receptor... A sejt (biológiai) membrán (más néven plazmalemma, plazma vagy citoplazma membrán) megvédi a sejt tartalmát vagy sejtszervecskéit a környezettől, szelektív permeabilitást biztosít az anyagok számára, enzimek helyezkednek el rajta, valamint „felszedni” képes molekulák. különféle kémiai és fizikai jelek.

Ezt a funkciót a sejtmembrán speciális szerkezete biztosítja.

A földi élet kialakulásában sejt általában csak a membrán megjelenése után alakulhatott ki, amely elválasztotta és stabilizálta a belső tartalmat, nem engedte szétesni.

A homeosztázis (a belső környezet relatív állandóságának önszabályozása) fenntartása szempontjából a sejtmembrán barrier funkciója szorosan összefügg a transzporttal.

A kismolekulák „segítők” nélkül képesek átjutni a plazmalemmán, a koncentráció gradiens mentén, vagyis egy adott anyag magas koncentrációjú területről egy alacsony koncentrációjú területre. Ez a helyzet például a légzésben részt vevő gázok esetében. Oxigén és szén-dioxid diffundálnak a sejtmembránon abban az irányban, ahol koncentrációjuk van Ebben a pillanatban kisebb.

Mivel a membrán többnyire hidrofób (a kettős lipidréteg miatt), a poláris (hidrofil) molekulák még kis méretűek is gyakran nem tudnak áthatolni rajta. Ezért számos membránfehérje látja el az ilyen molekulák hordozóinak funkcióját, kötődik hozzájuk és továbbítja őket a plazmalemmán keresztül.

Az integrált (a membránon keresztül és áthatoló) fehérjék gyakran a csatornák nyitásának és zárásának elvén működnek. Amikor bármely molekula megközelít egy ilyen fehérjét, egyesül vele, és megnyílik a csatorna. Ez vagy más anyag áthalad a fehérjecsatornán, ami után a konformációja megváltozik, és a csatorna bezárul ennek az anyagnak, de megnyílhat egy másik áthaladására. Így működik a nátrium-kálium pumpa, amely káliumionokat pumpál a sejtbe, és nátriumionokat pumpál ki belőle.

A sejtmembrán enzimatikus funkciója nagyobb mértékben a sejtszervecskék membránjain valósul meg. A sejtben szintetizált fehérjék többsége enzimatikus funkciót lát el. A membránon meghatározott sorrendben ülve szállítószalagot szerveznek, amikor az egyik enzimfehérje által katalizált reakciótermék átjut a másikba. Az ilyen „szállítószalagot” a plazmamembrán felületi fehérjéi stabilizálják.

Annak ellenére, hogy az összes biológiai membrán szerkezete univerzális (azonos elv szerint épülnek fel, szinte azonosak minden szervezetben és különböző membránokban sejtszerkezetek), az övék kémiai összetétel még mindig más lehet. Vannak folyékonyabbak és szilárdabbak, egyesek bizonyosabbak, mások kevésbé. Ezenkívül ugyanannak a membránnak a különböző oldalai (belső és külső) is eltérőek.

A sejtet körülvevő membrán (citoplazma) a kívül számos szénhidrátlánc kapcsolódik lipidekhez vagy fehérjékhez (ennek eredményeként glikolipidek és glikoproteinek képződnek). Sok ilyen szénhidrát teljesít receptor funkció, érzékeny bizonyos hormonokra, rögzíti a fizikai és kémiai paraméterek változásait környezet.

Ha például egy hormon egyesül a sejtreceptorával, akkor a receptormolekula szénhidrát része megváltoztatja a szerkezetét, ezt követi a szerkezet és a kapcsolódó fehérjerész, amely áthatol a membránon. A következő szakaszban a sejtben különböző biokémiai reakciók indulnak be, illetve leállnak, vagyis megváltozik az anyagcseréje, megindul a sejtválasz az „ingerre”.

A sejtmembrán négy felsorolt ​​funkciója mellett megkülönböztetünk másokat is: mátrix, energia, jelölés, sejtközi kontaktusok kialakítása stb. Ezek azonban a már figyelembe vettek „alfunkcióinak” tekinthetők.

A membránoknak számos különböző funkciója van:

a membránok határozzák meg egy organellum vagy sejt alakját;

akadály: szabályozza az oldható anyagok (például Na +, K +, Cl - ionok) cseréjét a belső és a külső rekesz között;

energikus: ATP szintézise a mitokondriumok belső membránján és fotoszintézis a kloroplasztiszok membránjában; felületet képeznek a kémiai reakciókhoz (foszforiláció a mitokondriális membránokon);

olyan szerkezet, amely biztosítja a kémiai jelek felismerését (hormon és neurotranszmitter receptorok a membránon találhatók);

szerepet játszanak a sejtek közötti kommunikációban és elősegítik a sejtek mozgását.

Szállítás a membránon keresztül. A membrán szelektív permeabilitással rendelkezik az oldható anyagok számára, ami szükséges:

a sejt elválasztása az extracelluláris környezettől;

a szükséges molekulák (például lipidek, glükóz és aminosavak) sejtbe való bejutásának és visszatartásának biztosítása, valamint az anyagcseretermékek (beleértve a szükségteleneket is) eltávolítása a sejtből;

a transzmembrán ion gradiens fenntartása.

Az intracelluláris organellumoknak szelektíven permeábilis membránja is lehet. Például a lizoszómákban a membrán a hidrogénionok (H +) koncentrációját 1000-10000-szer magasabb szinten tartja, mint a citoszolban.

A membránon keresztüli szállítás lehet passzív, könnyűsúlyú vagy aktív.

Passzív szállítás molekulák vagy ionok mozgása egy koncentráció vagy elektrokémiai gradiens mentén. Ez lehet egyszerű diffúzió, mint a plazmamembránon áthatoló gázok (pl. O 2 és CO 2) vagy egyszerű molekulák (etanol) esetében. Egyszerű diffúzióval az extracelluláris folyadékban oldott kis molekulák ezt követően feloldódnak a membránban, majd az intracelluláris folyadékban. Ez a folyamat nem specifikus, míg a membránon való áthatolás sebességét a molekula hidrofób jellege, azaz zsíroldhatósága határozza meg. A lipidkettős rétegen keresztüli diffúziós sebesség egyenesen arányos a hidrofóbicitással, valamint a transzmembrán koncentráció-gradienssel vagy elektrokémiai gradienssel.

A megkönnyített diffúzió a molekulák gyors mozgása a membránon, specifikus membránfehérjék, úgynevezett permeázok segítségével. Ez a folyamat specifikus, gyorsabban megy végbe, mint az egyszerű diffúzió, de van egy szállítási sebességkorlátozása.

A könnyített diffúzió általában a vízben oldódó anyagokra jellemző. A legtöbb (ha nem az összes) membrántranszporter fehérje. A hordozók működésének sajátos mechanizmusát a megkönnyített diffúzióban nem vizsgálták kellőképpen. Például átvitelt biztosíthatnak a membránban forgó mozgással. A közelmúltban olyan információk jelentek meg, hogy a hordozófehérjék a szállított anyaggal érintkezve megváltoztatják konformációjukat, ennek eredményeként egyfajta „kapuk”, vagyis csatornák nyílnak meg a membránban. Ezek a változások a transzportált anyag fehérjéhez való kötődése során felszabaduló energia miatt következnek be. Relé típusú átvitel is lehetséges. Ebben az esetben maga a hordozó mozdulatlan marad, és az ionok mentén vándorolnak egyik hidrofil kötésből a másikba.

A gramicidin antibiotikum modellként szolgálhat az ilyen típusú hordozókhoz. A membrán lipidrétegében hosszú lineáris molekulája spirál alakot ölt, és egy hidrofil csatornát képez, amelyen keresztül a K-ion egy gradiens mentén vándorolhat.

Kísérleti bizonyítékokat szereztek a biológiai membránokban lévő természetes csatornák létezésére. A transzportfehérjék nagyon specifikusak a membránon keresztül szállított anyaghoz képest, sok tulajdonságukban hasonlítanak az enzimekre. Nagy érzékenységet mutatnak a pH-ra, kompetitív módon gátolják őket a szállított anyaghoz hasonló szerkezetű vegyületek, és nem kompetitív módon olyan szerek, amelyek specifikusan változnak. funkcionális csoportok fehérjék.

A könnyített diffúzió nemcsak sebességében, hanem telítési képességében is különbözik a közönséges diffúziótól. Az anyagok átviteli sebességének növekedése a koncentrációgradiens növekedésével arányosan csak bizonyos határokig következik be. Ez utóbbit a hordozó "ereje" határozza meg.

Az aktív transzport az ionok vagy molekulák mozgása a membránon a koncentráció gradiens ellenében az ATP hidrolízis energiája miatt. Az aktív iontranszportnak három fő típusa van:

nátrium-kálium pumpa - Na + / K + -adenozin-trifoszfatáz (ATPáz), amely a Na +-t kívülre, a K +-t pedig befelé szállítja;

kalcium (Ca 2+) pumpa - Ca 2+ -ATPáz, amely a Ca 2+-ot szállítja a sejtből vagy a citoszolból a szarkoplazmatikus retikulumba;

protonpumpa - H + -ATPáz. Az aktív transzporttal létrejövő iongradiensek más molekulák, például egyes aminosavak és cukrok aktív transzportjára is felhasználhatók (szekunder aktív transzport).

Társszállítás- Ez egy ion vagy molekula szállítása, egy másik ion átvitelével párosulva. Symport- mindkét molekula egyidejű átvitele egy irányba; antiport- mindkét molekula egyidejű, ellentétes irányú átvitele. Ha a transzport nem párosul másik ion átvitelével, akkor ezt a folyamatot ún egyenruha... A kotranszport egyaránt lehetséges könnyített diffúzióval és aktív transzport során.

A glükóz a tünettípus megkönnyített diffúziójával szállítható. A Cl - és HCO 3 - ionok az eritrocita membránon keresztül a 3. sávnak nevezett hordozó segítségével, egy antiporthoz hasonlóan, megkönnyített diffúzióval jutnak át. Ebben az esetben a Cl - és a HCO 3 - ellentétes irányban szállítódik, és a szállítás irányát az uralkodó koncentrációgradiens határozza meg.

Az ionok aktív transzportja a koncentrációgradiens ellenében az ATP ADP-vé történő hidrolízise során felszabaduló energiát igényel: ATP ADP + F (szervetlen foszfát). Az aktív transzportot, valamint a megkönnyített diffúziót a specifitás, a maximális sebesség korlátozottsága (vagyis a kinetikai görbe elérése egy platót) és az inhibitorok jelenléte jellemzi. Példa erre a Na + / K + - ATPáz által végrehajtott elsődleges aktív transzport. Ennek az enzim antiport rendszernek a működéséhez Na +, K + és magnézium ionok jelenléte szükséges. Szinte minden állati sejtben jelen van, és különösen magas koncentrációja az ingerlékeny szövetekben (például idegekben és izmokban), valamint azokban a sejtekben, amelyek aktívan részt vesznek a Na + plazmamembránon keresztüli mozgásában (pl. a vesekéreg és a nyálmirigyek) ...

Maga az ATPáz enzim egy oligomer, amely 2 egyenként 110 kDa-os alegységből és 2 egyenként 55 kDa-os glikoprotein alegységből áll. Az ATP hidrolízise során egy bizonyos aszpartát-maradék reverzibilis foszforilációja megy végbe az -szubjunkción, -aspartamil képződésével. foszfát + Na szükséges a foszforilációhoz Mg 2+, de K + nem, míg a defoszforilációhoz K +, de Na + vagy Mg 2+ nem. Egy fehérjekomplex két különböző energiaszintű konformációs állapotát írják le, melyeket általában E 1-nek és E 2-nek jelölnek, ezért az ATPázt is ún. E típusú hordozó 1 - E 2 ... Például szívglikozidok digoxinés ouabain, gátolja az ATPáz aktivitását .. Az ouabaint jó vízoldhatósága miatt széles körben alkalmazzák kísérleti kutatás hogy tanulmányozza a nátriumpumpát.

A Na + / K + - ATPáz munkájának általánosan elfogadott koncepciója a következő. Na és ATP ionok kapcsolódnak az ATPáz molekulához Mg 2+ jelenlétében. A Na ionok megkötése beindítja az ATP hidrolízis reakcióját, melynek eredményeként ADP és az enzim foszforilált formája képződik. A foszforiláció indukálja az enzimatikus fehérje átalakulását egy új konformációs állapotba, és a Na-t hordozó hely vagy helyek a külső környezet felé néznek. Itt a Na + kicserélődik K +-ra, mivel az enzim foszforilált formáját a K. ionok iránti nagy affinitás jellemzi, az enzim fordított átmenetét az eredeti konformációba a foszforilcsoport hidrolitikus hasítása indítja meg. szervetlen foszfát, és K + felszabadulása kíséri a sejt belső terébe. Az enzim defoszforilált aktív helye új ATP-molekulát tud kötni, és a ciklus megismétlődik.

A szivattyú működése következtében a sejtbe kerülő K és Na ionok mennyisége nem egyenlő egymással. Három eltávolított Na-ionhoz két K-ion van bevezetve, egy ATP-molekula egyidejű hidrolízisével. A membrán ellentétes oldalán lévő csatorna nyitását és zárását, valamint a Na és K kötés hatékonyságának váltakozó változását az ATP hidrolízis energiája biztosítja. A szállított ionok - a Na és a K - ennek az enzimreakciónak a kofaktorai. Elméletileg sokféle szivattyú elképzelhető ezen az elven, bár jelenleg csak néhány ismert közülük.

Glükóz szállítás. A glükóz transzportja megtörténhet a könnyített diffúzió és az aktív transzport típusa szerint is, az első esetben uniportként, a másodikban tünetként megy végbe. A glükóz elősegített diffúzióval szállítható a vörösvértestekhez. A glükóz eritrocitákba történő szállításának Michaelis-állandója (K m) körülbelül 1,5 mmol/l (vagyis ennél a glükózkoncentrációnál a rendelkezésre álló permeázmolekulák körülbelül 50%-a kötődik glükózmolekulákhoz). Mivel a glükóz koncentrációja az emberi vérben 4-6 mmol / l, az eritrociták felszívódása szinte maximális sebességgel történik. A permeáz specifitása már abban is megmutatkozik, hogy az L-izomer a D-galaktózzal és a D-mannózzal ellentétben szinte nem transzportálódik a vörösvértestekbe, de ezek magasabb koncentrációja szükséges a transzportrendszer féltelítettségének eléréséhez. A sejtbe jutva a glükóz foszforilálódik, és többé nem képes elhagyni a sejtet. A glükóz permeázt D-hexóz permeáznak is nevezik. Ez egy integrált membránfehérje molekuláris tömeg 45 kD.

A glükózt a Na + -függő tünetrendszer is szállíthatja, amely számos szövet plazmamembránjában található, beleértve a vesetubulusokat és a bélhámot. Ebben az esetben egy glükóz molekula a koncentráció gradienssel szembeni diffúzióval, egy Na-ion pedig a koncentráció gradiens mentén szállítódik. A teljes rendszer végső soron a Na + / K + -ATPáz pumpáló funkciójának köszönhetően működik. Így a szimport egy másodlagos aktív szállítórendszer. Az aminosavak szállítása hasonló módon történik.

Ca 2+ szivattyú Az E 1 - E 2 típusú aktív transzportrendszer, amely egy integrált membránfehérjéből áll, amely a Ca 2+ -transzfer folyamatában az aszpartát-maradéknál foszforilálódik. Az egyes ATP-molekulák hidrolízise során két Ca 2+ -ion kerül átadásra. Az eukarióta sejtekben a Ca 2+ egy kalciumkötő fehérjéhez, az ún kalmodulin, és a teljes komplex kötődik a Ca 2+ -szivattyúhoz. A troponin C és a parvalbumin szintén Ca 2+ -kötő fehérjék.

A Ca ionokat a Na-ionokhoz hasonlóan a Ca 2+ -ATPáz aktívan távolítja el a sejtekből. Az endoplazmatikus retikulum membránjai különösen nagy mennyiségben tartalmaznak kalciumpumpa fehérjét. Az ATP hidrolíziséhez és a Ca 2+ átviteléhez vezető kémiai reakciók láncolata a következő egyenletek formájában írható fel:

2Ca n + ATP + E 1 Ca 2 - E - P + ADP

Ca 2 - E - P 2Ca int + PO 4 3- + E 2

Ahol San a Ca2 + kívül;

Ca int - Ca 2+ belül;

Az E 1 és E 2 a hordozó enzim különböző konformációi, amelyek átmenete egyikből a másikba az ATP energia felhasználásával függ össze.

A H + citoplazmából való aktív eltávolításának rendszerét kétféle reakció támogatja: az elektrontranszport lánc (redox lánc) aktivitása és az ATP hidrolízis. Mind a redox, mind a hidrolitikus H + szivattyúk olyan membránokban találhatók, amelyek képesek a fény- vagy kémiai energiát H + energiává alakítani (vagyis a prokarióták plazmamembránjaiban, a kloroplasztiszok és a mitokondriumok konjugáló membránjaiban). A H + ATPáz és/vagy a redox lánc munkája eredményeként a protonok áthelyeződnek, és protonmozgató erő (H +) keletkezik a membránon. A hidrogénionok elektrokémiai gradiense, amint azt a vizsgálatok mutatják, nagyszámú metabolit - anionok, aminosavak, cukrok stb. - konjugált transzportjára (másodlagos aktív transzportra) használható.

Tevékenységgel plazma membrán a nagy molekulatömegű szilárd és folyékony anyagok sejt általi felszívódásával kapcsolatos, - fagocitózisés pinocytosis(a gerchtől. fagoszok- van , pinos- inni, cytos- sejt). A sejtmembrán zsebeket vagy invaginációkat képez, amelyek kívülről szívják be az anyagokat. Ezután az ilyen invaginációkat leválasztják és egy membrán veszi körül a külső környezet cseppjével (pinocitózis) vagy szilárd részecskékkel (fagocitózis). A pinocitózist számos sejtben figyelik meg, különösen azokban a szervekben, ahol abszorpciós folyamatok zajlanak.

Kívül a sejtet körülbelül 6-10 nm vastagságú plazmamembrán (vagy külső sejtmembrán) borítja.

A sejtmembrán fehérjékből és lipidekből (főleg foszfolipidekből) álló sűrű film. A lipidmolekulák rendezetten - a felületre merőlegesen, két rétegben vannak elrendezve, úgy, hogy a vízzel intenzív kölcsönhatásba lépő részeik (hidrofil) kifelé, a vízzel szemben inert részeik (hidrofób) befelé irányulnak.

A fehérjemolekulák a lipidváz felszínén, mindkét oldalon nem folytonos rétegben helyezkednek el. Egy részük belemerül a lipidrétegbe, néhányuk pedig áthalad rajta, vízáteresztő területeket képezve. Ezek a fehérjék különféle funkciókat látnak el - egyesek enzimek, mások transzportfehérjék, amelyek részt vesznek bizonyos anyagok átvitelében a környezetből a citoplazmába és az ellenkező irányba.

A sejtmembrán fő funkciói

A biológiai membránok egyik fő tulajdonsága a szelektív permeabilitás (félpermeabilitás)- egyes anyagok nehezen, mások könnyen, sőt nagyobb koncentráció felé haladnak át rajtuk Így a legtöbb sejtnél a Na ionok koncentrációja a belsejében jóval alacsonyabb, mint a környezetben. A K-ionokra az ellentétes összefüggés a jellemző: koncentrációjuk a sejten belül magasabb, mint kívül. Ezért a Na-ionok mindig hajlamosak behatolni a sejtbe, a K-ionok pedig távozni. Ezen ionok koncentrációjának kiegyenlítését gátolja egy speciális rendszer jelenléte a membránban, amely pumpa szerepét tölti be, amely a Na-ionokat pumpálja ki a sejtből, és egyidejűleg K-iont pumpál be.

A Na-ionok kívülről befelé irányuló késztetése a cukrok és aminosavak sejtbe szállítására szolgál. A Na-ionok aktív eltávolításával a sejtből megteremtődnek a feltételek a glükóz és az aminosavak beáramlásához.

Sok sejtben az anyagok felszívódása fagocitózison és pinocitózison keresztül is megtörténik. Nál nél fagocitózis a rugalmas külső membrán kis mélyedést képez, amelybe a befogott részecske esik. Ez a depresszió fokozódik, és a külső membrán egy részével körülvéve a részecske a sejt citoplazmájába merül. A fagocitózis jelensége jellemző az amőbákra és néhány más protozoára, valamint a leukocitákra (fagocitákra). Hasonló módon történik a sejtekhez szükséges anyagokat tartalmazó folyadékok felszívódása a sejtek által. Ezt a jelenséget nevezték el pinocytosis.

A különböző sejtek külső membránjai jelentősen eltérnek mind a fehérjék és lipidek kémiai összetételében, mind a relatív tartalmukban. Ezek a tulajdonságok határozzák meg a különböző sejtek membránjainak élettani aktivitásának sokféleségét, valamint a sejtek és szövetek életében betöltött szerepét.

VAL VEL külső membrán bekötött endoplazmatikus retikulum sejteket. A külső membránok segítségével Különféle típusok intercelluláris kontaktusok, pl. kommunikáció az egyes sejtek között.

Sok sejttípusra jellemző a felületükön való jelenlét egy nagy szám kiemelkedések, redők, mikrobolyhok. Hozzájárulnak mind a sejtfelszín jelentős növekedéséhez, mind az anyagcsere javulásához, valamint az egyes sejtek erősebb kötődéséhez.

Van növényi sejtek a sejtmembránon kívül vastag, optikai mikroszkóppal jól látható héjak találhatók, amelyek cellulózból (cellulózból) állnak. Erős alátámasztást biztosítanak a növényi szöveteknek (fa).

Néhány állati eredetű sejt számos külső struktúrával is rendelkezik, amelyek a sejtmembrán tetején helyezkednek el, és védő jellegűek. Példa erre a rovarok belső sejtjeinek kitinje.

A sejtmembrán funkciói (röviden)

Funkció	Leírás
Védő akadály	Elválasztja a sejt belső szerveit a külső környezettől
Szabályozó	Szabályozza az anyagcserét a sejt belső tartalma és a külső környezet között
Elhatárolás (részekre bontás)	Elválasztás belső tér sejtek be független blokkok(rekeszek)
Energia	- Energia felhalmozása és átalakítása; - fotoszintézis fényreakciói kloroplasztiszokban; - Felszívódás és szekréció.
Receptor (információs)	Részt vesz az izgalom kialakításában és levezetésében.
Motor	Elvégzi a sejt vagy egyes részeinek mozgását.

Határoló ( akadály) - elkülönítse a sejttartalmat a külső környezettől;

Szabályozza a sejt és a környezet közötti cserét;

A sejtek kompartmentekre vannak osztva, vagy kompartmentekre, amelyek bizonyos speciális metabolikus útvonalakra szolgálnak ( osztva);

Néhány kémiai reakció helyszíne (a fotoszintézis könnyű reakciói kloroplasztiszokban, oxidatív foszforiláció a légzés során a mitokondriumokban);

Kommunikáció biztosítása a többsejtű szervezetek szöveteiben lévő sejtek között;

Szállítás- transzmembrán szállítást végez.

Receptor- a külső ingereket felismerő receptorhelyek lokalizációjának helyei.

Anyagok szállítása a membránon keresztül - a membrán egyik vezető funkciója, amely biztosítja az anyagok cseréjét a sejt és a külső környezet között. Az anyagok átviteléhez szükséges energiafogyasztástól függően különbséget kell tenni a következők között:

passzív transzport vagy elősegített diffúzió;

aktív (szelektív) transzport ATP és enzimek részvételével.

szállítás membrános csomagolásban. Rendelje ki az endocitózist (a sejtbe) és az exocitózist (a sejtből) - azokat a mechanizmusokat, amelyek nagy részecskéket és makromolekulákat szállítanak a membránon keresztül. Az endocitózis során a plazmamembrán invaginációt képez, szélei összeolvadnak, és a vezikula leválik a citoplazmáról. A hólyagot egyetlen membrán határolja el a citoplazmától, amely a külső citoplazmatikus membrán része. Különbséget kell tenni a fagocitózis és a pinocitózis között. A fagocitózis a nagy, elég szilárd részecskék felszívódása. Például limfociták, protozoonok stb. fagocitózisa. A pinocitózis a folyadékcseppek megragadásának és felszívódásának folyamata a benne oldott anyagokkal.

Az exocitózis a különböző anyagok eltávolításának folyamata a sejtből. Az exocitózis során a vezikula vagy vakuólum membránja egyesül a külső citoplazmatikus membránnal. A vezikula tartalmát eltávolítjuk a sejtfelszínről, és a membránt a külső citoplazmatikus membránba foglalja.

Szívében passzív a töltés nélküli molekulák transzportja a hidrogén és a töltések koncentrációjának különbsége, azaz. elektrokémiai gradiens. Az anyagok egy magasabb gradiensű területről egy alacsonyabb gradiensű területre mozognak. A szállítási sebesség a meredekségek különbségétől függ.

Az egyszerű diffúzió az anyagok szállítása közvetlenül a lipid kettős rétegen keresztül. Gázokra jellemző, nem poláris vagy kis töltés nélküli poláris molekulák, zsírokban oldódik. A víz gyorsan behatol a kettős rétegbe, mert molekulája kicsi és elektromosan semleges. A víz membránokon keresztül történő diffúzióját ozmózisnak nevezik.

Diffúzió a membráncsatornákon keresztül - töltött molekulák és ionok (Na, K, Ca, Cl) szállítása, áthatolva a membránon, mivel speciális csatornaképző fehérjék vannak benne, amelyek vízpórusokat képeznek.

Könnyített diffúzió - anyagok szállítása speciális transzportfehérjék segítségével. Mindegyik fehérje egy szigorúan meghatározott molekuláért vagy rokon molekulák csoportjáért felelős, kölcsönhatásba lép vele, és áthalad a membránon. Például cukrok, aminosavak, nukleotidok és más poláris molekulák.

Aktiv szállitás fehérjék - hordozók (ATP-áz) végzik elektrokémiai gradiens ellen, energiafelhasználással. Forrása az ATP-molekulák. Például a nátrium egy káliumszivattyú.

A kálium koncentrációja a sejten belül sokkal magasabb, mint azon kívül, míg a nátrium ennek az ellenkezője. Ezért a kálium- és nátriumkationok a koncentráció gradiens mentén passzívan diffundálnak a membrán vízpórusain keresztül. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a káliumionok membránáteresztő képessége nagyobb, mint a nátriumionoké. Ennek megfelelően a kálium gyorsabban diffundál ki a sejtből, mint a nátrium a sejtbe. A normál sejtaktivitáshoz azonban 3 kálium- és 2 nátriumion bizonyos aránya szükséges. Ezért van a membránban egy nátrium-kálium pumpa, amely aktívan pumpálja a nátriumot a sejtből, és a káliumot a sejtbe. Ez a pumpa egy transzmembrán membránfehérje, amely képes konformációs átrendeződésekre. Ezért káliumionokat és nátriumionokat is képes magához kötni (antiport). A folyamat energiaigényes:

A membrán belsejéből nátriumionok és egy ATP-molekula jutnak be a pumpafehérjébe, kívülről pedig káliumionok.

A nátriumionok egyesülnek egy fehérjemolekulával, és a fehérje ATPáz aktivitásra tesz szert, azaz. az ATP hidrolízisének kiváltásának képessége, amely a szivattyút meghajtó energia felszabadulásával jár.

Az ATP hidrolízise során felszabaduló foszfát a fehérjéhez kötődik, azaz. fehérjét foszforilál.

A foszforiláció konformációs változásokat okoz a fehérjében, nem képes megtartani a nátriumionokat. Elengedik őket, és kimennek a cellán.

A fehérje új konformációja megkönnyíti a káliumionok hozzákapcsolódását.

A káliumionok hozzáadása fehérje defoszforilációt okoz. Ismét megváltoztatja a felépítését.

A fehérje konformációjának változása a sejten belüli káliumionok felszabadulásához vezet.

A fehérje ismét készen áll arra, hogy nátriumionokat kapcsoljon magához.

Egy működési ciklus során a szivattyú 3 nátriumiont pumpál ki a cellából és 2 káliumiont pumpál be.

Citoplazma- a sejt nélkülözhetetlen alkotóeleme, a sejt felszíni apparátusa és a sejtmag közé zárva. Ez egy összetett heterogén szerkezeti komplexum, amely a következőkből áll:

hialoplazmák

organellumok (a citoplazma állandó alkotóelemei)

zárványok - a citoplazma ideiglenes komponensei.

Citoplazmatikus mátrix(hialoplazma) a sejt belső tartalma - színtelen, vastag és átlátszó kolloid oldat. A citoplazmatikus mátrix komponensei a sejtben a bioszintézis folyamatait végzik, tartalmazzák az energiaképződéshez szükséges enzimeket, elsősorban az anaerob glikolízis következtében.

A citoplazmatikus mátrix alapvető tulajdonságai.

Meghatározza a sejt kolloid tulajdonságait. A vakuoláris rendszer intracelluláris membránjaival együtt erősen heterogén vagy többfázisú kolloid rendszernek tekinthető.

Biztosítja a citoplazma viszkozitásának változását, az átmenetet a gélből (vastagabb) a szolba (folyékonyabb), ami külső és belső tényezők hatására következik be.

Biztosítja a ciklózist, az amőbaszerű mozgást, a sejtosztódást és a pigment mozgását a kromatoforokban.

Meghatározza az intracelluláris komponensek elhelyezkedésének polaritását.

Biztosítja a sejtek mechanikai tulajdonságait - rugalmasság, egyesülési képesség, merevség.

Sejtszervecskék- állandó sejtstruktúrák, amelyek biztosítják a sejt meghatározott funkcióinak ellátását. A szerkezeti jellemzőktől függően megkülönböztetik őket:

membránszervecskék - membránszerkezettel rendelkeznek. Lehetnek egymembránosak (EPS, Golgi apparátus, lizoszómák, növényi sejtvakuólumok). Két membrán (mitokondriumok, plasztidok, mag).

Nem membránszervek - nem rendelkeznek membránszerkezettel (kromoszómák, riboszómák, sejtközpont, citoszkeleton).

Az általános célú organellumok minden sejtre jellemzőek: mag, mitokondrium, sejtközpont, Golgi-készülék, riboszómák, EPS, lizoszómák. Ha az organellumok bizonyos típusú sejtekre jellemzőek, akkor speciális organellumoknak nevezik őket (például izomrostokat összehúzó myofibrillumok).

Endoplazmatikus retikulum- egyetlen folytonos szerkezet, melynek membránja számos invaginációt és ráncot képez, amelyek tubulusoknak, mikrovakuólumoknak és nagy ciszternáknak tűnnek. Az EPS membránok egyrészt a sejtes citoplazmatikus membránhoz, másrészt a nukleáris membrán külső membránjához kapcsolódnak.

Kétféle EPS létezik - durva és sima.

Durva vagy szemcsés EPS-ben a ciszternák és a tubulusok riboszómákkal kapcsolódnak. egy kívül membránok.A sima vagy agranuláris EPS-ben nincs kapcsolat a riboszómákkal. Ez a membrán belseje.

A sejtmembrán (plazmamembrán) egy vékony, félig áteresztő membrán, amely körülveszi a sejteket.

A sejtmembrán funkciója és szerepe

Feladata a belső tér épségének védelme azáltal, hogy egyes alapvető anyagokat beenged a sejtbe, mások bejutását pedig megakadályozza.

Egyes szervezetekhez és más szervezetekhez való kötődés alapjául is szolgál. Így a plazmamembrán adja a sejt formáját is. A membrán másik funkciója a sejtnövekedés szabályozása az egyensúly és.

Az endocitózis során a lipidek és a fehérjék eltávolítódnak a sejtmembránból, ahogy az anyagok felszívódnak. Az exocitózis során a lipideket és fehérjéket tartalmazó vezikulák egyesülnek a sejtmembránnal, növelve a sejtek méretét. , a gombasejtek pedig plazmamembránnal rendelkeznek. A belsők például szintén védőmembránokba vannak zárva.

A sejtmembrán szerkezete

A plazmamembrán főként fehérjék és lipidek keverékéből áll. A membrán testben elfoglalt helyétől és szerepétől függően a lipidek a membrán 20-80 százalékát tehetik ki, a többi fehérje. Míg a lipidek elősegítik a membrán rugalmasságát, a fehérjék szabályozzák és fenntartják a sejt kémiáját, valamint elősegítik a molekulák membránon történő szállítását.

Membrán lipidek

A foszfolipidek a plazmamembránok fő alkotóelemei. Lipid kettős réteget alkotnak, amelyben a fej hidrofil (víz által vonzott) részei spontán szerveződnek, hogy ellenálljanak a vizes citoszolnak és az extracelluláris folyadéknak, míg a farok hidrofób (víztaszító) részei a citoszoltól és az extracelluláris folyadéktól távol állnak. A lipid kettős réteg félig áteresztő, így csak néhány molekula diffundál át a membránon.

A koleszterin az állati sejtmembránok másik lipid összetevője. A koleszterin molekulák szelektíven diszpergálódnak a membrán foszfolipidei között. Ez segít megőrizni a sejtmembránok merevségét azáltal, hogy megakadályozza a foszfolipidek túl sűrűsödését. A koleszterin hiányzik a növényi sejtmembránokból.

A glikolipidek a sejtmembránok külső felületén helyezkednek el, és szénhidrátláncon keresztül kapcsolódnak hozzájuk. Segítenek a sejtnek felismerni más sejteket a testben.

Membránfehérjék

A sejtmembrán kétféle kapcsolódó fehérjét tartalmaz. A perifériás membránfehérjék külsőek, és más fehérjékkel való kölcsönhatás révén kapcsolódnak hozzá. Az integrál membránfehérjék bekerülnek a membránba, és a legtöbb áthalad rajta. Ezeknek a transzmembrán fehérjéknek egy része mindkét oldalán található.

A plazmamembránfehérjék számos különböző funkciót látnak el. A strukturális fehérjék támogatják és formálják a sejteket. A membránreceptor fehérjék hormonokon, neurotranszmittereken és egyéb jelátviteli molekulákon keresztül segítik a sejteket a külső környezetükkel való kommunikációban. A transzportfehérjék, például a globuláris fehérjék, megkönnyített diffúzió révén szállítják a molekulákat a sejtmembránokon keresztül. A glikoproteinekhez szénhidrát lánc kapcsolódik. A sejtmembránba ágyazva segítik a molekulák cseréjét és szállítását.

Organellu membránok

Egyes sejtorganellumokat védőmembránok is körülvesznek. Mag,