Rakumembraan on struktuur, mis katab raku välispinna. Seda nimetatakse ka tsütolemmaks või plasmolemmaks.
See moodustis on üles ehitatud bilipiidkihist (kakskihist), millesse on põimitud valgud. Plasmalemma moodustavad süsivesikud on seotud olekus.
Plasmalemma põhikomponentide jaotus on järgmine: üle poole keemilisest koostisest langeb valkudele, veerandi hõivavad fosfolipiidid ja kümnendiku kolesterool.
Rakumembraan on õhuke kile, mis põhineb lipoproteiinide ja valkude kihtidel.
Lokaliseerimise järgi eristatakse membraani organelle, millel on taime- ja loomarakkudes mõned omadused:
Samuti on olemas sisemine ja välimine (plasmolemma) rakumembraan.
Rakumembraan sisaldab süsivesikuid, mis katavad seda glükokalüksi kujul. See on membraaniülene struktuur, mis täidab barjäärifunktsiooni. Siin asuvad valgud on vabas olekus. Seondumata valgud osalevad ensümaatilistes reaktsioonides, tagades ainete rakuvälise lagunemise.
Tsütoplasmaatilise membraani valke esindavad glükoproteiinid. Vastavalt keemilisele koostisele eraldatakse valgud, mis on täielikult kaasatud lipiidikihti (läbi) - integraalsed valgud. Samuti perifeerne, ei ulatu plasmalemma ühele pinnale.
Esimesed toimivad retseptoritena, seondudes neurotransmitterite, hormoonide ja muude ainetega. Sisestusvalgud on vajalikud ioonikanalite ehitamiseks, mille kaudu transporditakse ioone ja hüdrofiilseid substraate. Viimased on ensüümid, mis katalüüsivad rakusiseseid reaktsioone.
Lipiidide kaksikkiht takistab vee tungimist. Lipiidid on hüdrofoobsed ühendid, mis esinevad rakus fosfolipiididena. Fosfaatrühm on pööratud väljapoole ja koosneb kahest kihist: välimisest, mis on suunatud rakuvälisesse keskkonda, ja sisemisest, mis piirab rakusisest sisu.
Vees lahustuvaid piirkondi nimetatakse hüdrofiilseteks peadeks. Rasvhapete saidid on suunatud raku sisse hüdrofoobsete sabade kujul. Hüdrofoobne osa interakteerub naaberlipiididega, mis tagab nende üksteise külge kinnitumise. Topeltkihil on selektiivne läbilaskvus erinevates piirkondades.
Nii et keskel on membraan glükoosi ja karbamiidi suhtes läbimatu, hüdrofoobsed ained läbivad siin vabalt: süsinikdioksiid, hapnik, alkohol. Kolesterool on oluline, viimase sisaldus määrab plasmamembraani viskoossuse.
Funktsioonide omadused on lühidalt loetletud tabelis:
| Membraani funktsioon | Kirjeldus |
| barjääri roll | Plasmalemma täidab kaitsefunktsiooni, kaitstes raku sisu võõrkehade mõju eest. Tänu valkude, lipiidide, süsivesikute erilisele korraldusele on tagatud plasmamembraani poolläbilaskvus. |
| Retseptori funktsioon | Läbi rakumembraani aktiveeritakse bioloogiliselt aktiivsed ained retseptoritega seondumise protsessis. Seega on immuunreaktsioonid vahendatud võõrainete äratundmise kaudu rakumembraanil paiknevate rakkude retseptorseadme poolt. |
| transpordifunktsioon | Pooride olemasolu plasmalemmas võimaldab reguleerida ainete voolu rakku. Madala molekulmassiga ühendite ülekandeprotsess kulgeb passiivselt (ilma energiatarbimiseta). Aktiivne ülekanne on seotud adenosiintrifosfaadi (ATP) lagunemisel vabaneva energia kuluga. See meetod toimub orgaaniliste ühendite ülekandmiseks. |
| Osalemine seedimisprotsessides | Ained ladestuvad rakumembraanile (sorptsioon). Retseptorid seonduvad substraadiga, liigutades seda raku sees. Moodustub vesiikul, mis asub vabalt raku sees. Ühinedes moodustavad sellised vesiikulid hüdrolüütiliste ensüümidega lüsosoomid. |
| Ensümaatiline funktsioon | Ensüümid, rakusisese seedimise vajalikud komponendid. Katalüsaatorite osalemist nõudvad reaktsioonid kulgevad ensüümide osalusel. |
Rakumembraan osaleb homöostaasi säilitamises tänu rakku sisenevate ja sealt väljuvate ainete suurele selektiivsusele (bioloogias nimetatakse seda selektiivseks läbilaskvuseks).
Plasmolemma väljakasvud jagavad raku sektsioonideks (osakondadeks), mis vastutavad teatud funktsioonide täitmise eest. Spetsiaalselt paigutatud membraanid, mis vastavad vedeliku-mosaiikskeemile, tagavad raku terviklikkuse.
Väljaspool on rakk kaetud ligikaudu 6-10 nm paksuse plasmamembraaniga (või välimise rakumembraaniga).
Rakumembraan on tihe valkude ja lipiidide (peamiselt fosfolipiidide) kile. Lipiidimolekulid on paigutatud korrapäraselt - pinnaga risti, kahes kihis, nii et nende osad, mis veega intensiivselt interakteeruvad (hüdrofiilsed), on suunatud väljapoole ja vee suhtes inertsed (hüdrofoobsed) osad on suunatud sissepoole.
Valgu molekulid paiknevad mittepideva kihina lipiidide karkassi pinnal mõlemal küljel. Mõned neist on sukeldatud lipiidikihti ja mõned läbivad seda, moodustades vett läbilaskvad alad. Need valgud täidavad erinevaid funktsioone – osad neist on ensüümid, teised transpordivalgud, mis osalevad teatud ainete ülekandmisel keskkonnast tsütoplasmasse ja vastupidi.
Bioloogiliste membraanide üks peamisi omadusi on selektiivne läbilaskvus (poolläbilaskvus)- osad ained läbivad neid vaevaliselt, teised kergesti ja isegi suurema kontsentratsiooni suunas.Seega on enamiku rakkude puhul Na ioonide kontsentratsioon sees palju väiksem kui keskkonnas. K-ioonide puhul on iseloomulik vastupidine suhe: nende kontsentratsioon rakusisene on suurem kui väljaspool. Seetõttu kipuvad Na-ioonid alati rakku sisenema ja K-ioonid väljuma. Nende ioonide kontsentratsioonide ühtlustumist takistab spetsiaalse süsteemi olemasolu membraanis, mis täidab pumba rolli, mis pumpab Na ioone rakust välja ja pumpab samaaegselt K ioone sisse.
Na-ioonide soovi liikuda väljast sissepoole kasutatakse suhkrute ja aminohapete transportimiseks rakku. Na-ioonide aktiivse eemaldamisega rakust luuakse tingimused glükoosi ja aminohapete sisenemiseks sellesse.
Paljudes rakkudes toimub ainete imendumine ka fagotsütoosi ja pinotsütoosi teel. Kell fagotsütoos painduv välismembraan moodustab väikese süvendi, kuhu kinnipüütud osake siseneb. See süvend suureneb ja välismembraani osaga ümbritsetuna sukeldub osake raku tsütoplasmasse. Fagotsütoosi nähtus on iseloomulik amööbile ja mõnedele teistele algloomadele, samuti leukotsüütidele (fagotsüüdid). Samamoodi neelavad rakud vedelikke, mis sisaldavad rakule vajalikke aineid. Seda nähtust on kutsutud pinotsütoos.
Erinevate rakkude välismembraanid erinevad oluliselt nii nende valkude ja lipiidide keemilise koostise kui ka suhtelise sisalduse poolest. Just need tunnused määravad ära erinevate rakkude membraanide füsioloogilise aktiivsuse mitmekesisuse ning nende rolli rakkude ja kudede elus.
Raku endoplasmaatiline retikulum on ühendatud välismembraaniga. Välismembraanide abil viiakse läbi erinevat tüüpi rakkudevahelisi kontakte, s.t. side üksikute rakkude vahel.
Paljusid rakutüüpe iseloomustab nende pinnal suur hulk eendeid, voldid, mikrovilli. Need aitavad kaasa nii rakkude pindala olulisele suurenemisele kui ka ainevahetuse parandamisele, aga ka üksikute rakkude tugevamatele sidemetele.
Rakumembraani välisküljel on taimerakkudel optilises mikroskoobis selgelt nähtavad paksud membraanid, mis koosnevad tselluloosist (tselluloosist). Need loovad taimekudedele (puidule) tugeva toe.
Mõnedel loomse päritoluga rakkudel on ka mitmeid väliseid struktuure, mis paiknevad rakumembraani peal ja on kaitsva iseloomuga. Näiteks võib tuua putukate katterakkude kitiin.
| Funktsioon | Kirjeldus |
|---|---|
| kaitsebarjäär | Eraldab raku siseorganellid väliskeskkonnast |
| Reguleerivad | See reguleerib ainete vahetust raku sisemise sisu ja väliskeskkonna vahel. |
| Piiritlemine (lahterdamine) | Lahtri siseruumi eraldamine sõltumatuteks plokkideks (sektsioonideks) |
| Energia | - Energia kogunemine ja muundamine; - fotosünteesi valgusreaktsioonid kloroplastides; - Imendumine ja sekretsioon. |
| Retseptor (teave) | Osaleb erutuse kujunemises ja selle läbiviimises. |
| Mootor | Teostab raku või selle üksikute osade liikumist. |
rakumembraan nimetatakse ka plasma- (või tsütoplasmaatiliseks) membraaniks ja plasmalemmiks. See struktuur mitte ainult ei eralda raku sisemist sisu väliskeskkonnast, vaid siseneb ka enamiku raku organellide ja tuuma koostisse, eraldades need omakorda hüaloplasmast (tsütosoolist) - tsütoplasma viskoossest vedelast osast. Leppime kokku helistamises tsütoplasmaatiline membraan selline, mis eraldab raku sisu väliskeskkonnast. Ülejäänud terminid viitavad kõigile membraanidele.
Raku (bioloogilise) membraani struktuuri aluseks on kahekordne lipiidide (rasvade) kiht. Sellise kihi moodustumine on seotud nende molekulide omadustega. Lipiidid ei lahustu vees, vaid kondenseeruvad selles omal moel. Ühe lipiidimolekuli üks osa on polaarne pea (seda tõmbab ligi vesi, st hüdrofiilne) ja teine on paar pikki mittepolaarseid sabasid (seda molekuliosa tõrjub vesi, st hüdrofoobne) . Selline molekulide struktuur paneb nad oma saba vee eest "peitma" ja polaarpead vee poole pöörama.
Selle tulemusena moodustub lipiidide kaksikkiht, milles mittepolaarsed sabad on sees (vastaste vastas), polaarpead aga väljapoole (väliskeskkonda ja tsütoplasmasse). Sellise membraani pind on hüdrofiilne, kuid sees on hüdrofoobne.
Rakumembraanides on lipiidide hulgas ülekaalus fosfolipiidid (need on komplekssed lipiidid). Nende pead sisaldavad fosforhappe jääke. Lisaks fosfolipiididele on olemas glükolipiidid (lipiidid + süsivesikud) ja kolesterool (kuulub steroolide hulka). Viimane annab membraanile jäikuse, paiknedes oma paksuselt ülejäänud lipiidide sabade vahel (kolesterool on täiesti hüdrofoobne).
Elektrostaatilise interaktsiooni tõttu kinnituvad lipiidide laetud peade külge teatud valgumolekulid, millest saavad pinnamembraani valgud. Teised valgud interakteeruvad mittepolaarsete sabadega, vajuvad osaliselt kaksikkihti või tungivad selle läbi ja läbi.
Seega koosneb rakumembraan lipiidide, pinnapealsete (perifeersete), sukeldatud (poolintegraalsete) ja läbistavate (integraalsete) valkude kaksikkihist. Lisaks on mõned membraani välisküljel olevad valgud ja lipiidid seotud süsivesikute ahelatega.
See membraani struktuuri vedeliku mosaiikmudel esitati XX sajandi 70ndatel. Enne seda eeldati struktuuri sandwich-mudelit, mille kohaselt paikneb lipiidide kaksikkiht sees ning seest ja väljast on membraan kaetud pidevate pinnavalkude kihtidega. Kuid eksperimentaalsete andmete kogunemine lükkas selle hüpoteesi ümber.
Membraanide paksus erinevates rakkudes on umbes 8 nm. Membraanid (isegi ühe erinevad küljed) erinevad üksteisest erinevat tüüpi lipiidide, valkude protsendi, ensümaatilise aktiivsuse jms poolest. Mõned membraanid on vedelamad ja läbilaskvamad, teised tihedamad.
Rakumembraani purunemised ühinevad kergesti lipiidide kaksikkihi füüsikalis-keemiliste omaduste tõttu. Membraani tasapinnal liiguvad lipiidid ja valgud (kui need pole tsütoskeleti poolt fikseeritud).
Enamik rakumembraani sukeldatud valkudest täidab ensümaatilist funktsiooni (need on ensüümid). Tihti (eriti rakuorganellide membraanides) on ensüümid paigutatud kindlasse järjestusse nii, et ühe ensüümi poolt katalüüsitavad reaktsioonisaadused lähevad teisele, siis kolmandale jne. Tekib konveier, mis stabiliseerib pinnavalke, sest need ei liigu. võimaldavad ensüümidel ujuda mööda lipiidide kaksikkihti.
Rakumembraan täidab keskkonnast piiritlevat (barjääri) ja samal ajal transpordifunktsiooni. Võib öelda, et see on selle kõige olulisem eesmärk. Tugevuse ja selektiivse läbilaskvusega tsütoplasmaatiline membraan säilitab raku sisemise koostise (selle homöostaasi ja terviklikkuse) püsivuse.
Sel juhul toimub ainete transport mitmel viisil. Transport piki kontsentratsioonigradienti hõlmab ainete liikumist kõrgema kontsentratsiooniga piirkonnast madalama kontsentratsiooniga piirkonda (difusioon). Nii näiteks hajuvad gaasid (CO 2, O 2).
Samuti toimub transport kontsentratsioonigradiendi vastu, kuid energiakuluga.
Transport on passiivne ja kerge (kui mõni vedaja teda aitab). Rasvlahustuvate ainete puhul on võimalik passiivne difusioon läbi rakumembraani.
On olemas spetsiaalsed valgud, mis muudavad membraanid suhkruid ja muid vees lahustuvaid aineid läbilaskvaks. Need kandjad seostuvad transporditavate molekulidega ja tõmbavad need läbi membraani. Nii transporditakse glükoos punastesse verelibledesse.
Ühendatud valgud võivad moodustada poorid teatud ainete liikumiseks läbi membraani. Sellised kandjad ei liigu, vaid moodustavad membraanis kanali ja toimivad sarnaselt ensüümidele, sidudes spetsiifilist ainet. Ülekanne toimub valgu konformatsiooni muutumise tõttu, mille tõttu membraanis moodustuvad kanalid. Näiteks on naatrium-kaaliumpump.
Eukarüootse rakumembraani transpordifunktsioon realiseerub samuti endotsütoosi (ja eksotsütoosi) kaudu. Nende mehhanismide kaudu sisenevad rakku (ja sealt välja) suured biopolümeeride molekulid, isegi terved rakud. Endo- ja eksotsütoos ei ole iseloomulikud kõigile eukarüootsetele rakkudele (prokarüootidel pole seda üldse). Nii et endotsütoosi täheldatakse algloomadel ja madalamatel selgrootutel; imetajatel absorbeerivad leukotsüüdid ja makrofaagid kahjulikke aineid ja baktereid, st endotsütoos täidab organismi kaitsefunktsiooni.
Endotsütoos jaguneb fagotsütoos(tsütoplasma ümbritseb suuri osakesi) ja pinotsütoos(vedeliku tilkade püüdmine selles lahustunud ainetega). Nende protsesside mehhanism on ligikaudu sama. Imendunud ained raku pinnal on ümbritsetud membraaniga. Moodustub vesiikul (fagotsüütiline või pinotsüütne), mis seejärel liigub rakku.
Eksotsütoos on ainete (hormoonid, polüsahhariidid, valgud, rasvad jne) eemaldamine rakust tsütoplasmaatilise membraani abil. Need ained on suletud membraani vesiikulitesse, mis sobivad rakumembraaniga. Mõlemad membraanid ühinevad ja sisu on väljaspool rakku.
Tsütoplasmaatiline membraan täidab retseptori funktsiooni. Selleks on selle välisküljel struktuurid, mis suudavad ära tunda keemilise või füüsilise stiimuli. Mõned plasmalemma tungivad valgud on väljastpoolt ühendatud polüsahhariidahelatega (moodustavad glükoproteiine). Need on omapärased molekulaarsed retseptorid, mis püüavad kinni hormoonid. Kui konkreetne hormoon seondub oma retseptoriga, muudab see selle struktuuri. See omakorda käivitab rakulise reaktsioonimehhanismi. Samal ajal võivad kanalid avaneda ja teatud ained võivad hakata rakku sisenema või sealt eemaldada.
Rakumembraanide retseptori funktsiooni on hormooninsuliini toime põhjal hästi uuritud. Kui insuliin seondub oma glükoproteiini retseptoriga, aktiveerub selle valgu katalüütiline rakusisene osa (ensüüm adenülaattsüklaas). Ensüüm sünteesib ATP-st tsüklilise AMP. Juba see aktiveerib või pärsib erinevaid raku ainevahetuse ensüüme.
Tsütoplasmaatilise membraani retseptori funktsioon hõlmab ka sama tüüpi naaberrakkude äratundmist. Sellised rakud on üksteisega seotud erinevate rakkudevaheliste kontaktidega.
Kudedes saavad rakud rakkudevaheliste kontaktide abil omavahel infot vahetada, kasutades selleks spetsiaalselt sünteesitud madala molekulmassiga aineid. Üheks sellise interaktsiooni näiteks on kontakti pärssimine, kui rakud lakkavad kasvamast pärast teabe saamist, et vaba ruum on hõivatud.
Rakkudevahelised kontaktid on lihtsad (erinevate rakkude membraanid on üksteisega kõrvuti), lukustuvad (ühe raku membraani invagineerimine teise), desmosoomid (kui membraanid on ühendatud tsütoplasmasse tungivate põikkiudude kimpudega). Lisaks on vahendajate (vahendajate) tõttu rakkudevaheliste kontaktide variant - sünapsid. Nendes edastatakse signaali mitte ainult keemiliselt, vaid ka elektriliselt. Sünapsid edastavad signaale närvirakkude vahel, samuti närvist lihasesse.
Elusorganismi põhiliseks struktuuriüksuseks on rakk, mis on rakumembraaniga ümbritsetud tsütoplasma diferentseeritud osa. Arvestades asjaolu, et rakk täidab paljusid olulisi funktsioone, nagu paljunemine, toitumine, liikumine, peab kest olema plastiline ja tihe.
1925. aastal tegid Grendel ja Gorder eduka katse, et tuvastada erütrotsüütide "varjud" ehk tühjad kestad. Vaatamata mitmele tehtud jämedale veale avastasid teadlased lipiidide kaksikkihi. Nende tööd jätkasid Danielli, Dawson 1935. aastal, Robertson 1960. aastal. Paljude aastatepikkuse töö ja vaidluste kuhjumise tulemusena lõi Singer ja Nicholson 1972. aastal membraani struktuurist vedela mosaiikmudeli. Edasised katsed ja uuringud kinnitasid teadlaste töid.
Mis on rakumembraan? Seda sõna hakati kasutama rohkem kui sada aastat tagasi, ladina keelest tõlgituna tähendab see "kile", "nahk". Seega määrake lahtri piir, mis on loomulik barjäär sisemise sisu ja väliskeskkonna vahel. Rakumembraani struktuur viitab poolläbilaskvusele, mille tõttu pääsevad sellest vabalt läbi niiskus ja toitained ning lagunemissaadused. Seda kesta võib nimetada raku organisatsiooni peamiseks struktuurikomponendiks.
1. Eraldab raku sisemise sisu ja väliskeskkonna komponendid.
2. Aitab säilitada raku püsivat keemilist koostist.
3. Reguleerib õiget ainevahetust.
4. Tagab rakkudevahelise ühenduse.
5. Tunneb ära signaalid.
6. Kaitsefunktsioon.
Väline rakumembraan, mida nimetatakse ka plasmamembraaniks, on ultramikroskoopiline kile, mille paksus on viis kuni seitse nanomeetrit. See koosneb peamiselt valguühenditest, fosfoliidist, veest. Kile on elastne, imab kergesti vett ja taastab kiiresti ka pärast kahjustusi oma terviklikkuse.
Erineb universaalse struktuuri poolest. See membraan hõivab piiripositsiooni, osaleb selektiivse läbilaskvuse protsessis, lagunemisproduktide eritumises, sünteesib neid. Suhe "naabritega" ja sisemise sisu usaldusväärne kaitse kahjustuste eest muudavad selle oluliseks komponendiks sellises küsimuses nagu raku struktuur. Loomorganismide rakumembraan on mõnikord kaetud kõige õhema kihiga - glükokalüksiga, mis sisaldab valke ja polüsahhariide. Membraanist väljapoole jäävaid taimerakke kaitseb rakusein, mis toimib toena ja hoiab kuju. Selle koostise põhikomponent on kiudaine (tselluloos) - polüsahhariid, mis ei lahustu vees.
Seega täidab välimine rakumembraan parandamise, kaitse ja teiste rakkudega suhtlemise funktsiooni.
Selle liikuva kesta paksus varieerub kuuest kuni kümne nanomeetrini. Raku rakumembraanil on eriline koostis, mille aluseks on lipiidide kaksikkiht. Vee suhtes inertsed hüdrofoobsed sabad asuvad seespool, samas kui hüdrofiilsed pead, mis suhtlevad veega, on pööratud väljapoole. Iga lipiid on fosfolipiid, mis on selliste ainete nagu glütserool ja sfingosiin koosmõju tulemus. Lipiidide karkass on tihedalt ümbritsetud valkudega, mis paiknevad mittepidevas kihis. Osa neist on sukeldatud lipiidikihti, ülejäänud läbivad seda. Selle tulemusena moodustuvad vett läbilaskvad alad. Nende valkude funktsioonid on erinevad. Osa neist on ensüümid, ülejäänud transportvalgud, mis kannavad erinevaid aineid väliskeskkonnast tsütoplasmasse ja vastupidi.
Rakumembraan on läbi imbunud ja tihedalt seotud integraalsete valkudega, samas kui ühendus perifeersete valkudega on nõrgem. Need valgud täidavad olulist funktsiooni, milleks on membraani struktuuri säilitamine, keskkonna signaalide vastuvõtmine ja muundamine, ainete transportimine ja membraanidel toimuvate reaktsioonide katalüüsimine.
Rakumembraani aluseks on bimolekulaarne kiht. Tänu oma järjepidevusele on rakul barjäär ja mehaanilised omadused. Erinevatel eluetappidel võib see kaksikkiht olla häiritud. Selle tulemusena tekivad läbi hüdrofiilsete pooride struktuursed defektid. Sel juhul võivad sellise komponendi, nagu rakumembraani, absoluutselt kõik funktsioonid muutuda. Sellisel juhul võib tuum välismõjude tõttu kannatada.
Raku rakumembraanil on huvitavad omadused. Tänu oma voolavusele ei ole see kest jäik struktuur ning suurem osa selle koostist moodustavatest valkudest ja lipiididest liigub vabalt membraani tasapinnal.
Üldiselt on rakumembraan asümmeetriline, seega on valgu- ja lipiidikihtide koostis erinev. Loomarakkude plasmamembraanide välisküljel on glükoproteiini kiht, mis täidab retseptori- ja signaalifunktsioone ning mängib olulist rolli ka rakkude koeks ühendamise protsessis. Rakumembraan on polaarne, see tähendab, et laeng väljastpoolt on positiivne ja seestpoolt negatiivne. Lisaks kõigele ülaltoodule on rakumembraanil selektiivne ülevaade.
See tähendab, et lisaks veele lastakse rakku ainult teatud rühm molekule ja lahustunud ainete ioone. Sellise aine nagu naatriumi kontsentratsioon enamikus rakkudes on palju madalam kui väliskeskkonnas. Kaaliumioonide puhul on iseloomulik erinev suhe: nende arv rakus on palju suurem kui keskkonnas. Sellega seoses kipuvad naatriumiioonid tungima läbi rakumembraani ja kaaliumiioonid kipuvad vabanema väljaspool. Nendel asjaoludel aktiveerib membraan spetsiaalse süsteemi, mis täidab "pumpamise" rolli, ühtlustab ainete kontsentratsiooni: naatriumioonid pumbatakse välja raku pinnale ja kaaliumiioonid pumbatakse sissepoole. See omadus sisaldub rakumembraani kõige olulisemates funktsioonides.
See naatriumi- ja kaaliumiioonide kalduvus liikuda pinnalt sissepoole mängib suurt rolli suhkru ja aminohapete transportimisel rakku. Naatriumioonide aktiivse eemaldamise käigus rakust loob membraan tingimused glükoosi ja aminohapete uueks sissevooluks. Vastupidi, kaaliumiioonide rakku ülekandmise protsessis täiendatakse raku seest väliskeskkonda lagunemissaaduste "transporterite" arvu.
Paljud rakud võtavad aineid sisse selliste protsesside kaudu nagu fagotsütoos ja pinotsütoos. Esimeses variandis luuakse painduva välismembraaniga väike süvend, milles kinnipüütud osake asub. Seejärel süvendi läbimõõt muutub suuremaks, kuni ümbritsetud osake siseneb raku tsütoplasmasse. Fagotsütoosi kaudu toidetakse mõned algloomad, näiteks amööb, aga ka vererakud - leukotsüüdid ja fagotsüüdid. Samamoodi imavad rakud vedelikku, mis sisaldab vajalikke toitaineid. Seda nähtust nimetatakse pinotsütoosiks.
Välismembraan on tihedalt seotud raku endoplasmaatilise retikulumiga.
Paljude koe põhikomponentide tüüpide puhul paiknevad membraani pinnal väljaulatuvad osad, voldid ja mikrovillid. Selle kesta välisküljel olevad taimerakud on kaetud teise, paksu ja mikroskoobi all selgelt nähtavaga. Kiud, millest need on valmistatud, aitavad toetada taimekudesid, näiteks puitu. Loomarakkudel on ka mitmeid väliseid struktuure, mis asuvad rakumembraani peal. Need on oma olemuselt eranditult kaitsvad, selle näiteks on putukate siserakkudes sisalduv kitiin.
Lisaks rakumembraanile on rakusisene membraan. Selle ülesanne on jagada rakk mitmeks spetsiaalseks suletud sektsiooniks – kambriteks ehk organellideks, kus tuleb säilitada teatud keskkond.
Seega on elusorganismi põhiüksuse sellise komponendi kui rakumembraani rolli võimatu üle hinnata. Struktuur ja funktsioonid eeldavad raku kogupinna märkimisväärset laienemist, metaboolsete protsesside paranemist. See molekulaarstruktuur koosneb valkudest ja lipiididest. Eraldades raku väliskeskkonnast, tagab membraan selle terviklikkuse. Selle abiga hoitakse rakkudevahelised sidemed piisavalt tugeval tasemel, moodustades kudesid. Sellega seoses võime järeldada, et raku üks olulisemaid rolle on rakumembraanil. Selle struktuur ja funktsioonid on erinevates rakkudes sõltuvalt nende eesmärgist radikaalselt erinevad. Nende omaduste kaudu saavutatakse rakumembraanide mitmekülgne füsioloogiline aktiivsus ja nende roll rakkude ja kudede olemasolus.
Lühike kirjeldus:
Sazonov V.F. 1_1 Rakumembraani struktuur [Elektrooniline ressurss] // Kinesioloog, 2009-2018: [veebisait]. Värskendamise kuupäev: 06.02.2018..__.201_). _Kirjeldatakse rakumembraani ehitust ja talitlust (sünonüümid: plasmalemma, plasmolemma, biomembraan, rakumembraan, rakuväline membraan, rakumembraan, tsütoplasmaatiline membraan). See esialgne teave on vajalik nii tsütoloogiaks kui ka närvitegevuse protsesside mõistmiseks: närviline erutus, inhibeerimine, sünapside ja sensoorsete retseptorite töö.
Mõiste määratlus
Rakumembraan (sünonüümid: plasmalemma, plasmolemma, tsütoplasmaatiline membraan, biomembraan) on kolmekordne lipoproteiini (ehk "rasvvalk") membraan, mis eraldab raku keskkonnast ning teostab kontrollitud vahetust ja sidet raku ja selle keskkonna vahel.
Selles määratluses ei ole peamine mitte see, et membraan eraldaks rakku keskkonnast, vaid just see, et see ühendab rakk keskkonnaga. Membraan on aktiivne raku struktuur, töötab see pidevalt.
Bioloogiline membraan on üliõhuke bimolekulaarne fosfolipiidide kile, mis on kaetud valkude ja polüsahhariididega. See rakustruktuur on elusorganismi barjääri, mehaaniliste ja maatriksiomaduste aluseks (Antonov VF, 1996).
Membraani kujundlik esitus
Minu jaoks näib rakumembraan võretaina, milles on palju uksi ja mis ümbritseb teatud territooriumi. Kõik väikesed elusolendid saavad sellest aiast vabalt edasi-tagasi liikuda. Suuremad külastajad pääsevad aga sisse ainult ustest ja ka siis mitte kõik. Erinevatel külastajatel on võtmed ainult oma uste juurde ja võõraste ustest nad läbi ei pääse. Nii et läbi selle piirde liiguvad pidevalt külastajad edasi-tagasi, sest membraan-aia põhiülesanne on kahekordne: eraldada territoorium ümbritsevast ruumist ja samas ühendada see ümbritseva ruumiga. Selleks on aias palju auke ja uksi - !
Membraani omadused
1. Läbilaskvus.
2. Poolläbilaskvus (osaline läbilaskvus).
3. Valikuline (sünonüüm: selektiivne) läbilaskvus.
4. Aktiivne läbilaskvus (sünonüüm: aktiivne transport).
5. Kontrollitud läbilaskvus.
Nagu näete, on membraani peamine omadus selle läbilaskvus erinevate ainete suhtes.
6. Fagotsütoos ja pinotsütoos.
7. Eksotsütoos.
8. Elektriliste ja keemiliste potentsiaalide olemasolu, täpsemalt potentsiaalide erinevus membraani sise- ja väliskülje vahel. Piltlikult võib nii öelda "membraan muudab raku "elektripatareiks", kontrollides ioonivoogusid". Üksikasjad: .
9. Elektrilise ja keemilise potentsiaali muutused.
10. Ärrituvus. Membraanil asuvad spetsiaalsed molekulaarsed retseptorid võivad ühenduda signaal- (kontroll)ainetega, mille tulemusena võib muutuda membraani ja kogu raku seisund. Molekulaarsed retseptorid käivitavad biokeemilisi reaktsioone vastusena ligandide (kontrollainete) kombinatsioonile nendega. Oluline on märkida, et signaalaine mõjub retseptorile väljastpoolt, samas kui muutused jätkuvad raku sees. Selgub, et membraan edastas informatsiooni keskkonnast raku sisekeskkonda.
11. Katalüütiline ensümaatiline aktiivsus. Ensüümid võivad olla põimitud membraani või olla seotud selle pinnaga (nii raku sees kui ka väljaspool) ja seal teostavad nad oma ensümaatilist aktiivsust.
12. Pinna kuju ja selle pindala muutmine. See võimaldab membraanil moodustada väljakasvu väljapoole või, vastupidi, rakku sissetungi.
13. Võimalus luua kontakte teiste rakumembraanidega.
14. Adhesioon – võime kleepuda tahketele pindadele.
Membraani funktsioonid
1. Sisemise sisu mittetäielik isoleerimine väliskeskkonnast.
2. Rakumembraani töös on põhiline vahetada mitmesugused ained raku ja rakuvälise keskkonna vahel. See on tingitud membraani sellisest omadusest nagu läbilaskvus. Lisaks reguleerib membraan seda vahetust, reguleerides selle läbilaskvust.
3. Teine oluline membraani funktsioon on keemiliste ja elektriliste potentsiaalide erinevuse tekitamine selle sise- ja väliskülje vahel. Tänu sellele on raku sees negatiivne elektripotentsiaal -.
4. Läbi membraani viiakse ka läbi teabevahetus raku ja selle keskkonna vahel. Spetsiaalsed molekulaarsed retseptorid, mis paiknevad membraanil, võivad seostuda kontrollainetega (hormoonid, vahendajad, modulaatorid) ja käivitada rakus biokeemilisi reaktsioone, mis toovad kaasa erinevaid muutusi rakus või selle struktuurides.
Video:Rakumembraani struktuur
Videoloeng:Üksikasjad membraani struktuuri ja transpordi kohta
Membraani struktuur
Rakumembraanil on universaalne kolmekihiline struktuur. Selle keskmine rasvakiht on pidev ning ülemine ja alumine valgukiht katab seda üksikute valgupiirkondade mosaiigi kujul. Rasvakiht on alus, mis tagab raku isolatsiooni keskkonnast, isoleerides selle keskkonnast. Iseenesest läbib see vees lahustuvaid aineid väga halvasti, kuid rasvlahustuvaid aineid kergesti. Seetõttu tuleb membraani läbilaskvus vees lahustuvate ainete (näiteks ioonide) jaoks varustada spetsiaalsete valgustruktuuridega - ja.
Allpool on mikrofotod kokkupuutuvate rakkude tõelistest rakumembraanidest, mis on saadud elektronmikroskoobi abil, samuti skemaatiline joonis, mis näitab kolmekihilist membraani ja selle valgukihtide mosaiiksust. Pildi suurendamiseks klõpsake sellel.
Eraldi kujutis rakumembraani sisemisest lipiid- (rasv)kihist, mis on läbi imbunud integreeritud manustatud valkudega. Ülemine ja alumine valgukiht eemaldatakse, et mitte segada lipiidide kaksikkihi arvestamist
Joonis ülal: Vikipeedia rakumembraani (rakuseina) mittetäielik skemaatiline kujutis.
Pange tähele, et siin on membraanilt eemaldatud välimine ja sisemine valgukiht, et saaksime paremini näha keskmist rasva topeltlipiidikihti. Päris rakumembraanis ujuvad piki rasvkilet ülal ja all suured valgu "saared" (joonisel väikesed pallid) ja membraan osutub paksemaks, kolmekihiliseks: valk-rasv-valk . Nii et see on tegelikult nagu võileib kahest proteiini "leiva viilust", mille keskel on paks kiht "võid" st. on kolmekihiline struktuur, mitte kahekihiline.
Sellel joonisel vastavad väikesed sinised ja valged pallid lipiidide hüdrofiilsetele (märgutavatele) "peadele" ja nende külge kinnitatud "nöörid" vastavad hüdrofoobsetele (mittemärgutavatele) "sabadele". Valkudest on näidatud ainult terviklikud ots-otsa membraanivalgud (punased gloobulid ja kollased heliksid). Kollased ovaalsed täpid membraani sees on kolesterooli molekulid Membraani välisküljel olevad kollakasrohelised helmeste ahelad on oligosahhariidahelad, mis moodustavad glükokalüksi. Glükokalüks on membraanil nagu süsivesikute ("suhkru") "ebemeke", mille moodustavad sellest välja ulatuvad pikad süsivesiku-valgu molekulid.
Living on poolvedela tarretiselaadse sisuga täidetud väike "valgu-rasvakott", millesse tungivad läbi kiled ja torud.
Selle koti seinad moodustab topeltrasv (lipiid) kile, mis on seest ja väljast kaetud valkudega - rakumembraaniga. Seetõttu väidetakse, et membraanil on kolmekihiline struktuur : valgud-rasvad-valgud. Raku sees on ka palju sarnaseid rasvmembraane, mis jagavad selle siseruumi osadeks. Rakuorganellid on ümbritsetud samade membraanidega: tuum, mitokondrid, kloroplastid. Seega on membraan universaalne molekulaarstruktuur, mis on omane kõigile rakkudele ja kõigile elusorganismidele.
Vasakul - mitte enam päris, vaid kunstlik bioloogilise membraani tüki mudel: see on kiire hetktõmmis rasvfosfolipiidide kaksikkihist (st topeltkihist) selle molekulaarse dünaamika modelleerimise protsessis. Näidatud on mudeli arvutuslahter - 96 PQ molekuli ( f osfatidil X oliin) ja 2304 veemolekuli, kokku 20544 aatomit.
Paremal on sama lipiidi ühe molekuli visuaalne mudel, millest on kokku pandud membraani lipiidide kaksikkiht. Selle ülaosas on hüdrofiilne (vett armastav) pea ja all kaks hüdrofoobset (vettkartvat) saba. Sellel lipiidil on lihtne nimi: 1-steroüül-2-dokosaheksaenoüül-Sn-glütsero-3-fosfatidüülkoliin (18:0/22:6(n-3)cis PC), kuid te ei pea seda pähe õppima, kui just ei plaanite oma õpetaja oma teadmiste sügavusest minestada.
Saate anda rakule täpsema teadusliku määratluse:
on korrastatud, struktureeritud heterogeenne biopolümeeride süsteem, mis on piiratud aktiivse membraaniga, mis osaleb ühtses metaboolsetes, energia- ja infoprotsessides ning säilitab ja taastoodab ka kogu süsteemi tervikuna.
Raku sees tungivad ka membraanid ja membraanide vahel pole mitte vett, vaid muutuva tihedusega viskoosne geel / sool. Seetõttu ei hõlju rakus interakteeruvad molekulid vabalt, nagu vesilahusega katseklaasis, vaid istuvad (immobiliseerituna) enamasti tsütoskeleti või rakusiseste membraanide polümeerstruktuuridel. Ja seetõttu toimuvad keemilised reaktsioonid raku sees peaaegu nagu tahkes kehas, mitte vedelikus. Rakku ümbritsev välismembraan on samuti kaetud ensüümide ja molekulaarsete retseptoritega, mistõttu on see raku väga aktiivne osa.
Rakumembraan (plasmalemma, plasmolemma) on aktiivne kest, mis eraldab raku keskkonnast ja ühendab selle keskkonnaga. © Sazonov V.F., 2016.
Sellest membraani määratlusest järeldub, et see ei piira lihtsalt rakku, vaid aktiivselt töötamas sidudes selle oma keskkonnaga.
Membraanid moodustav rasv on eriline, seetõttu nimetatakse selle molekule tavaliselt mitte lihtsalt rasvaks, vaid lipiidid, fosfolipiidid, sfingolipiidid. Membraankile on kahekordne, st koosneb kahest kokku kleebitud kilest. Seetõttu kirjutavad õpikud, et rakumembraani põhi koosneb kahest lipiidikihist (või " kahekihiline", st kahekihiline). Iga üksiku lipiidikihi puhul võib üks pool olla veega märjaks, teine mitte. Seega kleepuvad need kiled üksteisega kokku just nende mittemärguvate külgede kaudu.
bakterite membraan
Gramnegatiivsete bakterite prokarüootse raku kest koosneb mitmest kihist, mis on näidatud alloleval joonisel.
Gramnegatiivsete bakterite kesta kihid:
1. Sisemine kolmekihiline tsütoplasmaatiline membraan, mis on kontaktis tsütoplasmaga.
2. Rakusein, mis koosneb mureiinist.
3. Välimine kolmekihiline tsütoplasmaatiline membraan, millel on samasugune lipiidide süsteem koos valgukompleksidega kui sisemisel membraanil.
Gramnegatiivsete bakterirakkude suhtlemine välismaailmaga läbi nii keerulise kolmeastmelise struktuuri ei anna neile eelist karmides tingimustes ellujäämisel võrreldes grampositiivsete bakteritega, millel on vähem võimas kest. Nad taluvad sama halvasti kõrgeid temperatuure, kõrget happesust ja rõhulangust.
Videoloeng:Plasma membraan. E.V. Cheval, Ph.D.
Videoloeng:Membraan kui rakupiir. A. Iljaskin
Membraani ioonkanalite tähtsus
On lihtne mõista, et membraani rasvkile kaudu võivad rakku siseneda ainult rasvlahustuvad ained. Need on rasvad, alkoholid, gaasid. Näiteks erütrotsüütides liiguvad hapnik ja süsihappegaas kergesti otse läbi membraani sisse ja välja. Kuid vesi ja vees lahustuvad ained (näiteks ioonid) lihtsalt ei pääse läbi membraani ühtegi rakku. See tähendab, et nad vajavad spetsiaalseid auke. Aga kui rasvakilesse lihtsalt augu teha, siis see tõmbub kohe tagasi. Mida teha? Looduses leiti lahendus: on vaja teha spetsiaalsed valgu transpordistruktuurid ja venitada need läbi membraani. Nii saadakse rasvlahustuvate ainete läbipääsu kanalid – rakumembraani ioonkanalid.
Seega, et anda oma membraanile polaarsetele molekulidele (ioonid ja vesi) täiendavaid läbilaskvusomadusi, sünteesib rakk tsütoplasmas spetsiaalseid valke, mis seejärel integreeritakse membraani. Neid on kahte tüüpi: transportervalgud (näiteks transpordi ATPaasid) ja kanaleid moodustavad valgud (kanali moodustajad). Need valgud on põimitud membraani topeltrasvakihti ja moodustavad transpordistruktuure transporterite või ioonkanalite kujul. Nüüd võivad need transpordistruktuurid läbida mitmesugused veeslahustuvad ained, mis muidu ei suuda rasvmembraani kilet läbida.
Üldiselt nimetatakse ka membraani sisseehitatud valke lahutamatu, just sellepärast, et nad on justkui membraani koostises ja tungivad selle läbi ja läbi. Teised valgud, mitte terviklikud, moodustavad justkui saarekesi, mis "hõljuvad" membraani pinnal: kas piki selle välispinda või piki sisemist. Kõik ju teavad, et rasv on hea määrdeaine ja sellel on lihtne libiseda!
järeldused
1. Üldiselt on membraan kolmekihiline:
1) välimine valgukiht "saared",
2) rasvane kahekihiline "meri" (lipiidne kaksikkiht), s.o. topeltlipiidkile
3) sisemine valgukiht "saared".
Kuid on ka lahtine välimine kiht – glükokalüks, mis moodustub membraanist välja paistvatel glükoproteiinidel. Need on molekulaarsed retseptorid, millega seonduvad signaalikontrollid.
2. Membraanisse on ehitatud spetsiaalsed valgustruktuurid, mis tagavad selle läbilaskvuse ioonidele või muudele ainetele. Me ei tohi unustada, et mõnes kohas on rasvameri integreeritud valkudega läbi imbunud. Ja just integraalsed valgud moodustavad erilise transpordistruktuurid rakumembraan (vt lõik 1_2 Membraani transpordimehhanismid). Nende kaudu sisenevad ained rakku, samuti eemaldatakse need rakust väljapoole.
3. Ensüümvalgud võivad paikneda membraani igal pool (välimine ja sisemine), samuti membraani sees, mis mõjutavad nii membraani enda seisundit kui ka kogu raku eluiga.
Nii et rakumembraan on aktiivne muutuv struktuur, mis töötab aktiivselt kogu raku huvides ja ühendab seda välismaailmaga, mitte ei ole lihtsalt "kaitsekest". See on kõige olulisem asi, mida rakumembraani kohta teada saada.
Meditsiinis kasutatakse membraanivalke sageli ravimite "sihtmärkidena". Selliste sihtmärkidena toimivad retseptorid, ioonkanalid, ensüümid, transpordisüsteemid. Viimasel ajal on ravimite sihtmärgiks saanud lisaks membraanile ka raku tuumas peidetud geenid.
Video:Sissejuhatus rakumembraani biofüüsikasse: membraani 1 struktuur (Vladimirov Yu.A.)
Video:Rakumembraani ajalugu, struktuur ja funktsioonid: Membraanide struktuur 2 (Vladimirov Yu.A.)
© 2010-2018 Sazonov V.F., © 2010-2016 kineziolog.bodhy.
