Buněčná membrána je struktura, která pokrývá vnější stranu buňky. Nazývá se také cytolemma nebo plazmolema.
Tato formace je postavena z bilipidové vrstvy (dvojvrstvy) se zabudovanými proteiny. Sacharidy, které tvoří plasmalemu, jsou ve vázaném stavu.
Distribuce hlavních složek plazmatické membrány je následující: více než polovinu chemického složení tvoří bílkoviny, čtvrtinu zabírají fosfolipidy a desetinu tvoří cholesterol.
Buněčná membrána je tenký film, který je založen na vrstvách lipoproteinů a proteinů.
Podle lokalizace se rozlišují membránové organely, které mají některé vlastnosti v rostlinných a živočišných buňkách:
Existuje také vnitřní a vnější (plazmolema) buněčná membrána.
Buněčná membrána obsahuje sacharidy, které ji pokrývají ve formě glykokalyxu. Jedná se o supramembránovou strukturu, která plní bariérovou funkci. Zde umístěné proteiny jsou ve volném stavu. Nenavázané proteiny se účastní enzymatických reakcí, které zajišťují extracelulární rozklad látek.
Proteiny cytoplazmatické membrány jsou reprezentovány glykoproteiny. Chemickým složením jsou izolovány proteiny, které jsou zcela zahrnuty v lipidové vrstvě (v celém rozsahu) - integrální proteiny. Také periferní, nedosahující jednoho z povrchů plazmalemy.
První fungují jako receptory, váží se na neurotransmitery, hormony a další látky. Inzerční proteiny jsou nezbytné pro konstrukci iontových kanálů, kterými jsou transportovány ionty a hydrofilní substráty. Posledně jmenované jsou enzymy, které katalyzují intracelulární reakce.
Lipidová dvojvrstva zabraňuje pronikání vody. Lipidy jsou hydrofobní sloučeniny přítomné v buňce jako fosfolipidy. Fosfátová skupina je obrácena ven a skládá se ze dvou vrstev: vnější, směřující do extracelulárního prostředí, a vnitřní, ohraničující intracelulární obsah.
Oblasti rozpustné ve vodě se nazývají hydrofilní hlavy. Místa mastných kyselin jsou nasměrována dovnitř buňky ve formě hydrofobních ocasů. Hydrofobní část interaguje se sousedními lipidy, což zajišťuje jejich vzájemné spojení. Dvojitá vrstva má selektivní propustnost v různých oblastech.
Takže uprostřed je membrána nepropustná pro glukózu a močovinu, volně tudy procházejí hydrofobní látky: oxid uhličitý, kyslík, alkohol. Důležitý je cholesterol, jeho obsah určuje viskozitu plazmatické membrány.
Charakteristiky funkcí jsou stručně uvedeny v tabulce:
| Funkce membrány | Popis |
| bariérová role | Plazmalema plní ochrannou funkci, chrání obsah buňky před účinky cizích látek. Díky speciální organizaci bílkovin, lipidů, sacharidů je zajištěna semipermeabilita plazmatické membrány. |
| Funkce receptoru | Prostřednictvím buněčné membrány se aktivují biologicky aktivní látky v procesu vazby na receptory. Imunitní reakce jsou tedy zprostředkovány rozpoznáním cizích agens receptorovým aparátem buněk lokalizovaných na buněčné membráně. |
| dopravní funkce | Přítomnost pórů v plazmalemě umožňuje regulovat tok látek do buňky. Proces přenosu probíhá pasivně (bez spotřeby energie) u sloučenin s nízkou molekulovou hmotností. Aktivní přenos je spojen s výdejem energie uvolněné při odbourávání adenosintrifosfátu (ATP). Tato metoda se provádí pro přenos organických sloučenin. |
| Účast na procesech trávení | Látky se ukládají na buněčnou membránu (sorpce). Receptory se vážou na substrát a pohybují jej uvnitř buňky. Vznikne vezikula, volně ležící uvnitř buňky. Sloučením takové vezikuly tvoří lysozomy s hydrolytickými enzymy. |
| Enzymatická funkce | Enzymy, nezbytné složky intracelulárního trávení. Reakce, které vyžadují účast katalyzátorů, probíhají za účasti enzymů. |
Buněčná membrána se podílí na udržování homeostázy díky vysoké selektivitě látek vstupujících a opouštějících buňku (v biologii se tomu říká selektivní permeabilita).
Výrůstky plasmolemy rozdělují buňku na kompartmenty (kompartmenty) odpovědné za vykonávání určitých funkcí. Specificky uspořádané membrány, odpovídající schématu tekutina-mozaika, zajišťují integritu buňky.
Vně je buňka pokryta plazmatickou membránou (nebo vnější buněčnou membránou) o tloušťce asi 6-10 nm.
Buněčná membrána je hustý film proteinů a lipidů (hlavně fosfolipidů). Molekuly lipidů jsou uspořádány uspořádaně - kolmo k povrchu, ve dvou vrstvách tak, že jejich části, které intenzivně interagují s vodou (hydrofilní), směřují ven a části, které jsou vůči vodě inertní (hydrofobní), směřují dovnitř.
Molekuly proteinu jsou umístěny v nesouvislé vrstvě na povrchu lipidové struktury na obou stranách. Některé z nich jsou ponořeny do lipidové vrstvy a některé přes ni procházejí a vytvářejí oblasti propustné pro vodu. Tyto proteiny plní různé funkce – některé z nich jsou enzymy, jiné transportní proteiny podílející se na přenosu určitých látek z prostředí do cytoplazmy a naopak.
Jednou z hlavních vlastností biologických membrán je selektivní permeabilita (semipermeabilita)- některé látky jimi procházejí obtížně, jiné snadno a dokonce k vyšší koncentraci.Pro většinu buněk je tak koncentrace Na iontů uvnitř mnohem nižší než v prostředí. Pro K ionty je charakteristický obrácený poměr: jejich koncentrace uvnitř buňky je vyšší než venku. Proto mají ionty Na vždy tendenci vstupovat do buňky a ionty K - jít ven. Vyrovnání koncentrací těchto iontů je zabráněno přítomností speciálního systému v membráně, který hraje roli pumpy, která pumpuje Na ionty ven z buňky a současně pumpuje K ionty dovnitř.
Touha Na iontů pohybovat se zvenčí dovnitř se využívá k transportu cukrů a aminokyselin do buňky. Aktivním odstraňováním Na iontů z buňky se vytvářejí podmínky pro vstup glukózy a aminokyselin do ní.
V mnoha buňkách dochází k absorpci látek také fagocytózou a pinocytózou. V fagocytóza pružná vnější membrána tvoří malou prohlubeň, kudy vstupuje zachycená částice. Toto vybrání se zvětšuje a, obklopená částí vnější membrány, je částice ponořena do cytoplazmy buňky. Fenomén fagocytózy je charakteristický pro améby a některé další prvoky a také leukocyty (fagocyty). Podobně buňky absorbují tekutiny obsahující látky nezbytné pro buňku. Tento jev byl nazýván pinocytóza.
Vnější membrány různých buněk se výrazně liší jak chemickým složením svých proteinů a lipidů, tak i jejich relativním obsahem. Právě tyto vlastnosti určují rozmanitost fyziologické aktivity membrán různých buněk a jejich roli v životě buněk a tkání.
Endoplazmatické retikulum buňky je spojeno s vnější membránou. Pomocí vnějších membrán se uskutečňují různé typy mezibuněčných kontaktů, tzn. komunikace mezi jednotlivými buňkami.
Mnoho typů buněk se vyznačuje přítomností velkého počtu výčnělků, záhybů, mikroklků na jejich povrchu. Přispívají jak k výraznému zvětšení povrchu buněk a zlepšení metabolismu, tak k pevnějším vazbám mezi jednotlivými buňkami.
Na vnější straně buněčné membrány mají rostlinné buňky silné membrány, které jsou jasně viditelné v optickém mikroskopu, sestávající z celulózy (celulózy). Vytvářejí silnou oporu pro rostlinná pletiva (dřevo).
Některé buňky živočišného původu mají také řadu vnějších struktur, které se nacházejí na vrcholu buněčné membrány a mají ochranný charakter. Příkladem je chitin krycích buněk hmyzu.
| Funkce | Popis |
|---|---|
| ochranná bariéra | Odděluje vnitřní organely buňky od vnějšího prostředí |
| Regulační | Reguluje výměnu látek mezi vnitřním obsahem buňky a vnějším prostředím. |
| Vymezování (oddělení) | Rozdělení vnitřního prostoru buňky na samostatné bloky (přihrádky) |
| Energie | - Akumulace a přeměna energie; - světelné reakce fotosyntézy v chloroplastech; - Absorpce a sekrece. |
| Receptor (informace) | Podílí se na vzniku vzruchu a jeho vedení. |
| Motor | Provádí pohyb buňky nebo jejích jednotlivých částí. |
buněčná membrána také nazývané plazmatická (nebo cytoplazmatická) membrána a plazmalema. Tato struktura nejen odděluje vnitřní obsah buňky od vnějšího prostředí, ale také vstupuje do složení většiny buněčných organel a jádra, čímž je odděluje od hyaloplazmy (cytosol) - viskózní kapalné části cytoplazmy. Domluvíme se, že zavoláme cytoplazmatická membrána takový, který odděluje obsah buňky od vnějšího prostředí. Zbývající termíny se týkají všech membrán.
Základem struktury buněčné (biologické) membrány je dvojitá vrstva lipidů (tuků). Tvorba takové vrstvy je spojena s vlastnostmi jejich molekul. Lipidy se ve vodě nerozpouštějí, ale svým způsobem v ní kondenzují. Jedna část jedné molekuly lipidu je polární hlavička (je přitahována vodou, tj. hydrofilní) a druhá je pár dlouhých nepolárních ohonů (tato část molekuly je odpuzována vodou, tj. hydrofobní) . Tato struktura molekul je nutí „schovávat“ své ocasy před vodou a otáčet jejich polární hlavy směrem k vodě.
V důsledku toho se vytvoří lipidová dvojvrstva, ve které jsou nepolární ohony uvnitř (směrem k sobě) a polární hlavy směřují ven (do vnějšího prostředí a cytoplazmy). Povrch takové membrány je hydrofilní, ale uvnitř je hydrofobní.
V buněčných membránách mezi lipidy převažují fosfolipidy (jsou to komplexní lipidy). Jejich hlavy obsahují zbytky kyseliny fosforečné. Kromě fosfolipidů jsou to glykolipidy (lipidy + sacharidy) a cholesterol (patří mezi steroly). Ten dává membráně tuhost, protože se nachází v její tloušťce mezi ocasy zbývajících lipidů (cholesterol je zcela hydrofobní).
V důsledku elektrostatické interakce jsou určité proteinové molekuly připojeny k nabitým hlavám lipidů, které se stávají povrchovými membránovými proteiny. Jiné proteiny interagují s nepolárními ohony, částečně klesají do dvojvrstvy nebo do ní pronikají skrz naskrz.
Buněčná membrána se tedy skládá z dvojvrstvy lipidů, povrchových (periferních), ponořených (semiintegrální) a penetrujících (integrálních) proteinů. Kromě toho jsou některé proteiny a lipidy na vnější straně membrány spojeny se sacharidovými řetězci.
Tento fluidní mozaikový model membránové struktury byl předložen v 70. letech XX století. Předtím se předpokládal sendvičový model struktury, podle kterého je lipidová dvojvrstva umístěna uvnitř a na vnitřní i vnější straně je membrána pokryta souvislými vrstvami povrchových proteinů. Nahromadění experimentálních dat však tuto hypotézu vyvrátilo.
Tloušťka membrán v různých buňkách je asi 8 nm. Membrány (i různé strany jedné) se od sebe liší procentem různých typů lipidů, proteinů, enzymatickou aktivitou atd. Některé membrány jsou tekutější a propustnější, jiné hustší.
Přestávky v buněčné membráně se snadno spojují díky fyzikálně-chemickým vlastnostem lipidové dvojvrstvy. V rovině membrány se pohybují lipidy a proteiny (pokud nejsou fixovány cytoskeletem).
Většina proteinů ponořených do buněčné membrány plní enzymatickou funkci (jsou to enzymy). Často (zejména v membránách buněčných organel) jsou enzymy uspořádány v určité posloupnosti tak, že reakční produkty katalyzované jedním enzymem přecházejí na druhý, pak třetí atd. Vznikne dopravník, který stabilizuje povrchové proteiny, protože ty ne umožňují enzymům plavat podél lipidové dvojvrstvy.
Buněčná membrána plní funkci vymezující (bariérovou) od okolí a zároveň funkci transportní. Dá se říci, že je to jeho nejdůležitější účel. Cytoplazmatická membrána, která má pevnost a selektivní permeabilitu, udržuje stálost vnitřního složení buňky (její homeostázu a integritu).
V tomto případě dochází k transportu látek různými způsoby. Transport po koncentračním gradientu zahrnuje pohyb látek z oblasti s vyšší koncentrací do oblasti s nižší (difúze). Takže například plyny difundují (CO 2, O 2).
Dochází i k transportu proti koncentračnímu gradientu, ale s výdejem energie.
Transport je pasivní a lehký (když mu pomůže nějaký dopravce). U látek rozpustných v tucích je možná pasivní difúze přes buněčnou membránu.
Existují speciální proteiny, díky kterým jsou membrány propustné pro cukry a další ve vodě rozpustné látky. Tyto nosiče se vážou na transportované molekuly a táhnou je přes membránu. Takto je glukóza transportována do červených krvinek.
Překlenující proteiny, když jsou kombinovány, mohou tvořit póry pro pohyb určitých látek přes membránu. Takové nosiče se nepohybují, ale tvoří kanál v membráně a fungují podobně jako enzymy a vážou konkrétní látku. Přenos se provádí v důsledku změny konformace proteinu, díky které se v membráně vytvářejí kanály. Příkladem je sodno-draselná pumpa.
Transportní funkce membrány eukaryotických buněk je rovněž realizována prostřednictvím endocytózy (a exocytózy). Prostřednictvím těchto mechanismů se do buňky (a ven z ní) dostávají velké molekuly biopolymerů, dokonce i celé buňky. Endo- a exocytóza nejsou charakteristické pro všechny eukaryotické buňky (prokaryota ji nemají vůbec). Takže endocytóza je pozorována u prvoků a nižších bezobratlých; u savců absorbují leukocyty a makrofágy škodlivé látky a bakterie, tj. endocytóza plní pro tělo ochrannou funkci.
Endocytóza se dělí na fagocytóza(cytoplazma obaluje velké částice) a pinocytóza(zachycování kapiček kapaliny s látkami v ní rozpuštěnými). Mechanismus těchto procesů je přibližně stejný. Absorbované látky na povrchu buňky jsou obklopeny membránou. Vytvoří se vezikula (fagocytární nebo pinocytární), která se poté přesune do buňky.
Exocytóza je odstranění látek z buňky cytoplazmatickou membránou (hormony, polysacharidy, bílkoviny, tuky atd.). Tyto látky jsou obsaženy v membránových vezikulách, které se přizpůsobí buněčné membráně. Obě membrány se spojí a obsah je mimo buňku.
Cytoplazmatická membrána plní funkci receptoru. K tomu se na jeho vnější straně nacházejí struktury, které dokážou rozpoznat chemický nebo fyzikální podnět. Některé proteiny pronikající do plazmalemy jsou zvenčí spojeny s polysacharidovými řetězci (vytvářejí glykoproteiny). Jsou to zvláštní molekulární receptory, které zachycují hormony. Když se určitý hormon naváže na svůj receptor, změní svou strukturu. To zase spouští mechanismus buněčné odezvy. Současně se mohou otevřít kanály a určité látky mohou začít vstupovat do buňky nebo z ní být odstraňovány.
Receptorová funkce buněčných membrán byla dobře studována na základě působení hormonu inzulínu. Když se inzulín naváže na svůj glykoproteinový receptor, aktivuje se katalytická intracelulární část tohoto proteinu (enzym adenylátcykláza). Enzym syntetizuje cyklický AMP z ATP. Již aktivuje nebo inhibuje různé enzymy buněčného metabolismu.
Receptorová funkce cytoplazmatické membrány zahrnuje také rozpoznání sousedních buněk stejného typu. Takové buňky jsou k sobě připojeny různými mezibuněčnými kontakty.
V tkáních si pomocí mezibuněčných kontaktů mohou buňky mezi sebou vyměňovat informace pomocí speciálně syntetizovaných nízkomolekulárních látek. Jedním z příkladů takové interakce je kontaktní inhibice, kdy buňky přestanou růst poté, co obdrží informaci, že volné místo je obsazeno.
Mezibuněčné kontakty jsou jednoduché (membrány různých buněk spolu sousedí), uzamykací (invaginace membrány jedné buňky do druhé), desmozomy (když jsou membrány spojeny svazky příčných vláken pronikajícími do cytoplazmy). Kromě toho existuje varianta mezibuněčných kontaktů díky mediátorům (prostředníkům) - synapse. V nich se signál přenáší nejen chemicky, ale i elektricky. Synapse přenášejí signály mezi nervovými buňkami a také z nervu do svalu.
Základní stavební jednotkou živého organismu je buňka, což je diferencovaný úsek cytoplazmy obklopený buněčnou membránou. Vzhledem k tomu, že buňka plní mnoho důležitých funkcí, jako je rozmnožování, výživa, pohyb, obal musí být plastický a hustý.
V roce 1925 provedli Grendel a Gorder úspěšný experiment k identifikaci „stínů“ erytrocytů neboli prázdných schránek. Navzdory několika hrubým chybám vědci objevili lipidovou dvojvrstvu. V jejich práci pokračoval Danielli, Dawson v roce 1935, Robertson v roce 1960. V důsledku mnohaleté práce a nahromadění argumentů v roce 1972 vytvořili Singer a Nicholson model fluidní mozaiky struktury membrány. Další experimenty a studie potvrdily práce vědců.
Co je buněčná membrána? Toto slovo se začalo používat před více než sto lety, v překladu z latiny znamená „film“, „kůže“. Označte tedy hranici buňky, která je přirozenou bariérou mezi vnitřním obsahem a vnějším prostředím. Struktura buněčné membrány naznačuje semipermeabilitu, díky které přes ni může volně procházet vlhkost, živiny a produkty rozkladu. Tento plášť lze nazvat hlavní strukturální složkou organizace buňky.
1. Odděluje vnitřní obsah buňky a složky vnějšího prostředí.
2. Pomáhá udržovat stálé chemické složení buňky.
3. Reguluje správný metabolismus.
4. Poskytuje propojení mezi buňkami.
5. Rozpoznává signály.
6. Ochranná funkce.
Vnější buněčná membrána, nazývaná také plazmatická membrána, je ultramikroskopický film o tloušťce pět až sedm nanometrů. Skládá se převážně z bílkovinných sloučenin, fosfolidů, vody. Fólie je elastická, snadno absorbuje vodu a také rychle obnovuje její celistvost po poškození.
Liší se univerzální strukturou. Tato membrána zaujímá hraniční polohu, účastní se procesu selektivní permeability, vylučování produktů rozpadu, syntetizuje je. Vztah k „sousedům“ a spolehlivá ochrana vnitřního obsahu před poškozením z něj činí důležitou součást v takové záležitosti, jako je struktura buňky. Někdy se ukáže, že buněčná membrána živočišných organismů je pokryta nejtenčí vrstvou - glykokalyxem, který zahrnuje bílkoviny a polysacharidy. Rostlinné buňky vně membrány jsou chráněny buněčnou stěnou, která funguje jako opora a udržuje tvar. Hlavní složkou jeho složení je vláknina (celulóza) – polysacharid, který je nerozpustný ve vodě.
Vnější buněčná membrána tedy plní funkci opravy, ochrany a interakce s jinými buňkami.
Tloušťka tohoto pohyblivého pláště se pohybuje od šesti do deseti nanometrů. Buněčná membrána buňky má speciální složení, jehož základem je lipidová dvojvrstva. Hydrofobní ocasy, které jsou inertní vůči vodě, jsou umístěny uvnitř, zatímco hydrofilní hlavy, které interagují s vodou, jsou otočeny směrem ven. Každý lipid je fosfolipid, který je výsledkem interakce látek, jako je glycerol a sfingosin. Lipidové lešení je těsně obklopeno proteiny, které jsou umístěny v nesouvislé vrstvě. Některé z nich jsou ponořeny do lipidové vrstvy, zbytek jí prochází. V důsledku toho vznikají oblasti propustné pro vodu. Funkce vykonávané těmito proteiny jsou různé. Některé z nich jsou enzymy, zbytek jsou transportní proteiny, které přenášejí různé látky z vnějšího prostředí do cytoplazmy a naopak.
Buněčná membrána je prostoupena a těsně spojena s integrálními proteiny, zatímco spojení s periferními je méně pevné. Tyto proteiny plní důležitou funkci, kterou je udržování struktury membrány, přijímání a přeměna signálů z okolí, transport látek a katalýza reakcí, které na membránách probíhají.
Základem buněčné membrány je bimolekulární vrstva. Díky své kontinuitě má buňka bariérové a mechanické vlastnosti. V různých fázích života může být tato dvojvrstva narušena. V důsledku toho se tvoří strukturální defekty průchozích hydrofilních pórů. V tomto případě se mohou změnit absolutně všechny funkce takové složky, jako je buněčná membrána. V tomto případě může jádro trpět vnějšími vlivy.
Buněčná membrána buňky má zajímavé vlastnosti. Díky své tekutosti není tato skořápka tuhou strukturou a hlavní část proteinů a lipidů, které tvoří její složení, se volně pohybuje po rovině membrány.
Obecně je buněčná membrána asymetrická, takže složení proteinové a lipidové vrstvy je odlišné. Plazmatické membrány v živočišných buňkách mají na své vnější straně glykoproteinovou vrstvu, která plní receptorové a signální funkce a také hraje důležitou roli v procesu spojování buněk do tkáně. Buněčná membrána je polární, to znamená, že náboj na vnější straně je kladný a na vnitřní straně záporný. Kromě všeho výše uvedeného má buněčná membrána selektivní náhled.
To znamená, že kromě vody je do buňky vpuštěna pouze určitá skupina molekul a iontů rozpuštěných látek. Koncentrace látky, jako je sodík, je ve většině buněk mnohem nižší než ve vnějším prostředí. Pro draselné ionty je charakteristický jiný poměr: jejich počet v buňce je mnohem vyšší než v prostředí. V tomto ohledu mají sodné ionty tendenci pronikat buněčnou membránou a draselné ionty mají tendenci se uvolňovat ven. Za těchto okolností membrána aktivuje speciální systém, který plní „čerpací“ roli a vyrovnává koncentraci látek: sodíkové ionty jsou pumpovány na povrch buňky a draselné ionty jsou pumpovány dovnitř. Tato vlastnost je součástí nejdůležitějších funkcí buněčné membrány.
Tato tendence sodíkových a draselných iontů pohybovat se směrem dovnitř z povrchu hraje velkou roli v transportu cukru a aminokyselin do buňky. V procesu aktivního odstraňování sodných iontů z buňky membrána vytváří podmínky pro nové přítoky glukózy a aminokyselin dovnitř. Naopak v procesu přenosu draselných iontů do buňky se počet „přenašečů“ produktů rozpadu z nitra buňky do vnějšího prostředí doplňuje.
Mnoho buněk přijímá látky prostřednictvím procesů, jako je fagocytóza a pinocytóza. V první variantě je pružnou vnější membránou vytvořeno malé vybrání, ve kterém je umístěna zachycená částice. Potom se průměr vybrání zvětší, dokud obklopená částice nevstoupí do buněčné cytoplazmy. Prostřednictvím fagocytózy jsou vyživováni někteří prvoci, jako je améba, a také krvinky - leukocyty a fagocyty. Podobně buňky absorbují tekutinu, která obsahuje potřebné živiny. Tento jev se nazývá pinocytóza.
Vnější membrána je těsně spojena s endoplazmatickým retikulem buňky.
U mnoha typů základních tkáňových složek jsou na povrchu membrány umístěny výběžky, záhyby a mikroklky. Rostlinné buňky na vnější straně této slupky jsou pokryty jinou, tlustou a jasně viditelnou pod mikroskopem. Vlákno, ze kterého jsou vyrobeny, pomáhá vytvářet oporu pro rostlinné tkáně, jako je dřevo. Živočišné buňky mají také řadu vnějších struktur, které sedí na horní části buněčné membrány. Mají výhradně ochranný charakter, příkladem toho je chitin obsažený v krycích buňkách hmyzu.
Kromě buněčné membrány existuje intracelulární membrána. Jeho funkcí je rozdělit buňku do několika specializovaných uzavřených kompartmentů - kompartmentů nebo organel, kde musí být zachováno určité prostředí.
Nelze tedy přeceňovat roli takové složky základní jednotky živého organismu, jakou je buněčná membrána. Struktura a funkce znamenají výrazné rozšíření celkové plochy buněčného povrchu, zlepšení metabolických procesů. Tato molekulární struktura se skládá z proteinů a lipidů. Membrána, která odděluje buňku od vnějšího prostředí, zajišťuje její integritu. S jeho pomocí se udržují mezibuněčné vazby na dostatečně pevné úrovni a tvoří tkáně. V tomto ohledu můžeme usoudit, že jednu z nejdůležitějších rolí v buňce hraje buněčná membrána. Struktura a funkce, které vykonává, se v různých buňkách radikálně liší v závislosti na jejich účelu. Prostřednictvím těchto znaků je dosaženo rozmanité fyziologické aktivity buněčných membrán a jejich rolí v existenci buněk a tkání.
Stručný popis:
Sazonov V.F. 1_1 Struktura buněčné membrány [Elektronický zdroj] // Kineziolog, 2009-2018: [webová stránka]. Datum aktualizace: 06.02.2018..__.201_). _Popsána je struktura a fungování buněčné membrány (synonyma: plazmalema, plazmolema, biomembrána, buněčná membrána, vnější buněčná membrána, buněčná membrána, cytoplazmatická membrána). Tato počáteční informace je nezbytná jak pro cytologii, tak pro pochopení procesů nervové aktivity: nervové excitace, inhibice, práce synapsí a smyslových receptorů.
Definice pojmu
Buněčná membrána (synonyma: plazmalema, plazmolema, cytoplazmatická membrána, biomembrána) je trojitá lipoproteinová (tj. "tuk-protein") membrána, která odděluje buňku od okolí a provádí řízenou výměnu a komunikaci mezi buňkou a jejím okolím.
Hlavní věc v této definici není, že membrána odděluje buňku od prostředí, ale právě to spojuje buňky s prostředím. Membrána je aktivní struktura buňky, neustále pracuje.
Biologická membrána je ultratenký bimolekulární film fosfolipidů inkrustovaný proteiny a polysacharidy. Tato buněčná struktura je základem bariérových, mechanických a matricových vlastností živého organismu (Antonov VF, 1996).
Obrazové znázornění membrány
Buněčná membrána se mi jeví jako mřížový plot s mnoha dveřmi, který obklopuje určité území. Jakýkoli malý živý tvor se může tímto plotem volně pohybovat tam a zpět. Větší návštěvníci ale mohou vstoupit pouze dveřmi, a i to ne všichni. Různí návštěvníci mají klíče pouze od svých vlastních dveří a nemohou projít dveřmi jiných lidí. Přes tento plot tedy neustále proudí návštěvníky tam a zpět, protože hlavní funkce membránového plotu je dvojí: oddělit území od okolního prostoru a zároveň jej propojit s okolním prostorem. K tomu je v plotě mnoho děr a dveří - !
Vlastnosti membrány
1. Propustnost.
2. Polopropustnost (částečná propustnost).
3. Selektivní (synonymum: selektivní) permeabilita.
4. Aktivní propustnost (synonymum: aktivní transport).
5. Řízená propustnost.
Jak vidíte, hlavní vlastností membrány je její propustnost s ohledem na různé látky.
6. Fagocytóza a pinocytóza.
7. Exocytóza.
8. Přítomnost elektrických a chemických potenciálů, přesněji potenciálový rozdíl mezi vnitřní a vnější stranou membrány. Obrazně se to tak dá říct „Membrána promění článek v „elektrickou baterii“ řízením toků iontů“. Podrobnosti: .
9. Změny elektrického a chemického potenciálu.
10. Podrážděnost. Speciální molekulární receptory umístěné na membráně se mohou spojit se signálními (řídícími) látkami, v důsledku čehož se může změnit stav membrány i celé buňky. Molekulární receptory spouštějí biochemické reakce v reakci na kombinaci ligandů (kontrolních látek) s nimi. Je důležité si uvědomit, že signální látka působí na receptor zvenčí, zatímco změny pokračují uvnitř buňky. Ukazuje se, že membrána přenášela informace z okolí do vnitřního prostředí buňky.
11. Katalytická enzymatická aktivita. Enzymy mohou být zabudovány v membráně nebo spojeny s jejím povrchem (uvnitř i vně buňky) a tam vykonávají svou enzymatickou aktivitu.
12. Změna tvaru povrchu a jeho plochy. To umožňuje membráně vytvářet výrůstky směrem ven nebo naopak invaginace do buňky.
13. Schopnost vytvářet kontakty s jinými buněčnými membránami.
14. Přilnavost - schopnost přilnout k pevnému povrchu.
Membránové funkce
1. Neúplná izolace vnitřního obsahu od vnějšího prostředí.
2. Hlavní věc v práci buněčné membrány je výměna rozličný látek mezi buňkou a extracelulárním prostředím. To je způsobeno takovou vlastností membrány, jako je propustnost. Membrána navíc reguluje tuto výměnu regulací své propustnosti.
3. Další důležitou funkcí membrány je vytváří rozdíl v chemickém a elektrickém potenciálu mezi jeho vnitřní a vnější stranou. Díky tomu má uvnitř buňky záporný elektrický potenciál -.
4. Prostřednictvím membrány se také provádí výměna informací mezi buňkou a jejím prostředím. Speciální molekulární receptory umístěné na membráně se mohou vázat na kontrolní látky (hormony, mediátory, modulátory) a spouštět v buňce biochemické reakce vedoucí k různým změnám v buňce nebo v jejích strukturách.
Video:Struktura buněčné membrány
Video přednáška:Podrobnosti o struktuře membrány a transportu
Membránová struktura
Buněčná membrána má univerzální třívrstvý struktura. Jeho střední tuková vrstva je souvislá a horní a spodní proteinová vrstva ji pokrývá ve formě mozaiky jednotlivých proteinových oblastí. Tuková vrstva je základem, který zajišťuje izolaci buňky od okolí, izoluje ji od okolí. Sám o sobě velmi špatně propouští látky rozpustné ve vodě, ale snadno ty rozpustné v tucích. Proto musí být propustnost membrány pro látky rozpustné ve vodě (například ionty) opatřena speciálními proteinovými strukturami - a.
Níže jsou mikrofotografie skutečných buněčných membrán kontaktujících buněk, získané pomocí elektronového mikroskopu, a také schematický nákres znázorňující třívrstvou membránu a mozaikový charakter jejích proteinových vrstev. Chcete-li obrázek zvětšit, klikněte na něj.
Samostatný obraz vnitřní lipidové (tukové) vrstvy buněčné membrány, prostoupené integrálními zabudovanými proteiny. Horní a spodní proteinové vrstvy jsou odstraněny, aby neinterferovaly s úvahou o lipidové dvojvrstvě
Obrázek nahoře: Neúplné schematické znázornění buněčné membrány (buněčné stěny) z Wikipedie.
Všimněte si, že zde byly z membrány odstraněny vnější a vnitřní proteinové vrstvy, abychom lépe viděli centrální tukovou dvojitou lipidovou vrstvu. Ve skutečné buněčné membráně plují velké proteinové „ostrovy“ nad a pod podél tukového filmu (na obrázku malé kuličky) a membrána se ukáže jako silnější, třívrstvá: protein-tuk-protein . Je to tedy vlastně takový chlebíček ze dvou proteinových „plátků chleba“ se silnou vrstvou „másla“ uprostřed, tzn. má třívrstvou strukturu, nikoli dvouvrstvou.
Na tomto obrázku malé modré a bílé kuličky odpovídají hydrofilním (smáčitelným) "hlavám" lipidů a "provázky" k nim připojené odpovídají hydrofobním (nesmáčitelným) "ocáskům". Z proteinů jsou znázorněny pouze integrální membránové proteiny typu end-to-end (červené globule a žluté šroubovice). Žluté oválné tečky uvnitř membrány jsou molekuly cholesterolu Žlutozelené řetězce kuliček na vnější straně membrány jsou oligosacharidové řetězce, které tvoří glykokalyx. Glykokalyx je jako sacharidová ("cukrová") "chmýří" na membráně, tvořená dlouhými sacharidovo-proteinovými molekulami, které z ní vyčnívají.
Living je malý „protein-tukový sáček“ naplněný polotekutým rosolovitým obsahem, do kterého prostupují filmy a hadičky.
Stěny tohoto vaku jsou tvořeny dvojitým tukovým (lipidovým) filmem, pokrytým uvnitř i vně bílkovinami – buněčnou membránou. Proto se říká, že membrána má třívrstvá struktura : bílkoviny-tuky-bílkoviny. Uvnitř buňky je také mnoho podobných tukových membrán, které rozdělují její vnitřní prostor na kompartmenty. Buněčné organely jsou obklopeny stejnými membránami: jádrem, mitochondriemi, chloroplasty. Membrána je tedy univerzální molekulární strukturou vlastní všem buňkám a všem živým organismům.
Vlevo - již ne skutečný, ale umělý model kousku biologické membrány: jde o okamžitý snímek tukové fosfolipidové dvojvrstvy (tj. dvojvrstvy) v procesu její molekulární dynamiky modelování. Je zobrazena výpočetní buňka modelu - 96 molekul PQ ( F osfatidil X oline) a 2304 molekul vody, celkem 20544 atomů.
Vpravo je vizuální model jedné molekuly stejného lipidu, ze kterého je sestavena membránová lipidová dvojvrstva. Nahoře má hydrofilní (vodomilnou) hlavu a dole dva hydrofobní (vodostrašné) ocasy. Tento lipid má jednoduchý název: 1-steroyl-2-dokosahexaenoyl-Sn-glycero-3-fosfatidylcholin (18:0/22:6(n-3)cis PC), ale nemusíte si jej zapamatovat, pokud plán, aby váš učitel omdlil hloubkou vašich znalostí.
Můžete poskytnout přesnější vědeckou definici buňky:
je uspořádaný, strukturovaný heterogenní systém biopolymerů omezený aktivní membránou, účastnící se jediného souboru metabolických, energetických a informačních procesů a také udržujících a reprodukujících celý systém jako celek.
Uvnitř buňky také pronikají membrány a mezi membránami není voda, ale viskózní gel/sol různé hustoty. Proto interagující molekuly v buňce neplavou volně, jako ve zkumavce s vodným roztokem, ale většinou sedí (imobilizují) na polymerních strukturách cytoskeletu nebo intracelulárních membrán. A proto probíhají chemické reakce uvnitř buňky téměř jako v pevném tělese, a ne v kapalině. Vnější membrána, která obklopuje buňku, je také pokryta enzymy a molekulárními receptory, což z ní činí velmi aktivní součást buňky.
Buněčná membrána (plasmalemma, plasmolemma) je aktivní obal, který odděluje buňku od okolí a spojuje ji s okolím. © Sazonov V.F., 2016.
Z této definice membrány vyplývá, že buňku jednoduše neomezuje, ale aktivně pracuje spojuje ho se svým prostředím.
Tuk, který tvoří membrány, je zvláštní, takže jeho molekuly se obvykle nazývají nejen tuk, ale lipidy, fosfolipidy, sfingolipidy. Membránová fólie je dvojitá, tj. skládá se ze dvou fólií slepených k sobě. V učebnicích se proto píše, že základ buněčné membrány tvoří dvě lipidové vrstvy (neboli „ dvouvrstvý", tj. dvojitá vrstva). U každé jednotlivé lipidové vrstvy může být jedna strana smáčená vodou a druhá nikoliv. Tyto filmy se tedy k sobě lepí právě svými nesmáčivými stranami.
bakteriální membrána
Skořápka prokaryotické buňky gramnegativních bakterií se skládá z několika vrstev, jak je znázorněno na obrázku níže.
Vrstvy obalu gramnegativních bakterií:
1. Vnitřní třívrstvá cytoplazmatická membrána, která je v kontaktu s cytoplazmou.
2. Buněčná stěna, která se skládá z mureinu.
3. Vnější třívrstvá cytoplazmatická membrána, která má stejný systém lipidů s proteinovými komplexy jako vnitřní membrána.
Komunikace gramnegativních bakteriálních buněk s vnějším světem prostřednictvím tak složité třístupňové struktury jim nedává výhodu v přežití v drsných podmínkách ve srovnání s grampozitivními bakteriemi, které mají méně silný obal. Stejně špatně snášejí vysoké teploty, vysokou kyselost a poklesy tlaku.
Video přednáška:Plazmatická membrána. E.V. Cheval, Ph.D.
Video přednáška:Membrána jako buněčná hranice. A. Ilyaskin
Význam membránových iontových kanálů
Je snadné pochopit, že přes membránový tukový film mohou do buňky vstupovat pouze látky rozpustné v tucích. Jsou to tuky, alkoholy, plyny. Například v erytrocytech kyslík a oxid uhličitý snadno procházejí dovnitř a ven přímo přes membránu. Ale voda a ve vodě rozpustné látky (například ionty) prostě nemohou projít membránou do žádné buňky. To znamená, že potřebují speciální otvory. Ale pokud do mastného filmu jen uděláte díru, okamžitě se utáhne. Co dělat? V přírodě bylo nalezeno řešení: je nutné vytvořit speciální transportní struktury proteinů a protáhnout je membránou. Tak se získávají kanály pro průchod látek nerozpustných v tucích - iontové kanály buněčné membrány.
Takže, aby dala své membráně další vlastnosti permeability pro polární molekuly (ionty a vodu), buňka syntetizuje speciální proteiny v cytoplazmě, které jsou pak integrovány do membrány. Jsou dvou typů: transportní proteiny (například transportní ATPázy) a kanálotvorné proteiny (vytvářeče kanálů). Tyto proteiny jsou zabudovány do dvojité tukové vrstvy membrány a tvoří transportní struktury ve formě přenašečů nebo ve formě iontových kanálů. Těmito transportními strukturami mohou nyní procházet různé ve vodě rozpustné látky, které jinak nemohou procházet filmem tukové membrány.
Obecně se také nazývají proteiny uložené v membráně integrální právě proto, že jsou jakoby zahrnuty do složení membrány a pronikají do ní skrz naskrz. Jiné proteiny, nikoli integrální, tvoří jakoby ostrůvky, které „plavou“ na povrchu membrány: buď po jejím vnějším povrchu, nebo po jejím vnitřním. Každý přece ví, že tuk je dobrý lubrikant a snadno se po něm klouže!
závěry
1. Obecně je membrána třívrstvá:
1) vnější vrstva proteinových "ostrovů",
2) tukové dvouvrstvé „moře“ (lipidová dvojvrstva), tzn. dvojitý lipidový film
3) vnitřní vrstva proteinových "ostrovů".
Existuje ale také volná vnější vrstva - glykokalyx, která je tvořena glykoproteiny trčícími z membrány. Jsou to molekulární receptory, na které se vážou kontroly signalizace.
2. V membráně jsou zabudovány speciální proteinové struktury zajišťující její propustnost pro ionty nebo jiné látky. Nesmíme zapomínat, že na některých místech je moře tuku prostoupeno integrálními bílkovinami. A právě integrální bílkoviny tvoří speciální dopravní stavby buněčná membrána (viz část 1_2 Mechanismy membránového transportu). Prostřednictvím nich látky vstupují do buňky a jsou také odváděny z buňky ven.
3. Na kterékoli straně membrány (vnější i vnitřní) i uvnitř membrány se mohou nacházet enzymové proteiny, které ovlivňují jak stav samotné membrány, tak i život celé buňky.
Buněčná membrána je tedy aktivní proměnná struktura, která aktivně pracuje v zájmu celé buňky a propojuje ji s vnějším světem a není jen „ochranným obalem“. To je nejdůležitější věc, kterou byste měli vědět o buněčné membráně.
V medicíně se membránové proteiny často používají jako „cíle“ léků. Jako takové cíle působí receptory, iontové kanály, enzymy, transportní systémy. V poslední době se cílem léků stávají kromě membrány i geny skryté v jádře buňky.
Video:Úvod do biofyziky buněčné membrány: Struktura membrány 1 (Vladimirov Yu.A.)
Video:Historie, struktura a funkce buněčné membrány: Struktura membrán 2 (Vladimirov Yu.A.)
© 2010-2018 Sazonov V.F., © 2010-2016 kineziolog.bodhy.
