vrstva buněčné membrány. Jaká je funkce vnější buněčné membrány? Struktura vnější buněčné membrány

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.

Historie objevu a výzkumu buněčné membrány

V roce 1925 inscenovali 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.

Význam

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.

Zvažte hlavní funkce buněčné membrány

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.

"Plasma Shell"

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. vztahy se sousedy a spolehlivou ochranu vnitřní obsah před poškozením z něj činí důležitou součást v takové záležitosti, jako je struktura buňky. Buněčná membrána živočišných organismů je někdy pokryta nejtenčí vrstva- glykokalyx, který zahrnuje proteiny 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.

Struktura buněčné membrány

Tloušťka tohoto pohyblivého pláště se pohybuje od šesti do deseti nanometrů. Buněčná membrána buňky má speciální složení, jehož základem je lipidová dvojvrstva. Hydrofobní ocasy, inertní vůči vodě, umístěné s uvnitř, zatímco hydrofilní hlavice interagující s vodou směřují 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 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.

Sloučenina

základ buněčná membrána představuje bimolekulární vrstvu. Díky své kontinuitě má buňka bariérové ​​a mechanické vlastnosti. Na různé fáze tato dvojvrstva může být narušena ve svých životních funkcích. 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.

Vlastnosti

Buněčná membrána buňky má zajímavé funkce. Díky své tekutosti není tato skořápka tuhou strukturou a většina 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 mimo náboj je kladný a uvnitř 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 životní 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 funkce součást 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 vnější prostředí.

Jak je buňka vyživována přes buněčnou membránu?

Mnoho buněk přijímá látky prostřednictvím procesů, jako je fagocytóza a pinocytóza. V první variantě je pružnou vnější membránou vytvořeno malé vybrání, ve kterém se nachází zachycená částice. Potom se průměr prohlubně 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 užitečný materiál. 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 podporovat tkáně. rostlinného původu, například 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 napovídají výrazné rozšíření celková plocha buněčný povrch, zlepšení metabolické procesy. 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 vlastností je dosaženo různé fyziologické aktivity. buněčné membrány a jejich role v existenci buněk a tkání.

V roce 1972 byla předložena teorie, že částečně propustná membrána obklopuje buňku a plní řadu životně důležitých úkolů a struktura a funkce buněčných membrán jsou významnými problémy týkajícími se správného fungování všech buněk v těle. se rozšířil v 17. století spolu s vynálezem mikroskopu. Bylo známo, že rostlinné a živočišné tkáně se skládají z buněk, ale kvůli nízkému rozlišení zařízení nebylo možné vidět žádné bariéry kolem živočišná buňka. Ve 20. století se podrobněji zkoumala chemická podstata membrány, zjistilo se, že jejím základem jsou lipidy.

Struktura a funkce buněčných membrán

Buněčná membrána obklopuje cytoplazmu živých buněk a fyzicky odděluje intracelulární složky od vnějšího prostředí. Houby, bakterie a rostliny mají také buněčné stěny, které poskytují ochranu a zabraňují průchodu velkých molekul. Buněčné membrány také hrají roli ve vývoji cytoskeletu a připojení dalších životně důležitých částic k extracelulární matrici. To je nezbytné, aby je držely pohromadě a tvořily tkáně a orgány těla. Strukturní vlastnosti buněčné membrány zahrnují permeabilitu. Hlavní funkcí je ochrana. Membránu tvoří fosfolipidová vrstva se zabudovanými proteiny. Tato část se podílí na procesech, jako je adheze buněk, vedení iontů a signalizační systémy a slouží jako připojovací povrch pro několik extracelulárních struktur, včetně stěny, glykokalyxu a vnitřního cytoskeletu. Membrána také udržuje potenciál buňky tím, že působí jako selektivní filtr. Je selektivně propustný pro ionty a organické molekuly a řídí pohyb částic.

Biologické mechanismy zahrnující buněčnou membránu

1. Pasivní difúze: některé látky (malé molekuly, ionty), např. oxid uhličitý (CO2) a kyslík (O2), mohou pronikat plazmatickou membránou difúzí. Skořápka funguje jako bariéra pro určité molekuly a ionty, které mohou být koncentrovány na obou stranách.

2. Transmembránové proteinové kanály a transportéry: Živiny jako glukóza nebo aminokyseliny musí vstoupit do buňky a některé metabolické produkty ji musí opustit.

3. Endocytóza je proces, při kterém dochází k vychytávání molekul. V plazmatické membráně vzniká mírná deformace (invaginace), při které dochází ke spolknutí transportované látky. Vyžaduje energii a je tedy formou aktivního transportu.

4. Exocytóza: dochází v různých buňkách k odstranění nestrávené zbytky látky přivedené endocytózou k sekreci látek, jako jsou hormony a enzymy, a transportují látku zcela přes buněčnou bariéru.

molekulární struktura

Buněčná membrána je biologická membrána, skládající se převážně z fosfolipidů a oddělující obsah celé buňky od vnějšího prostředí. Proces formování probíhá spontánně s normální podmínky. Abychom tomuto procesu porozuměli a správně popsali strukturu a funkce buněčných membrán, ale i vlastnosti, je nutné posoudit povahu fosfolipidových struktur, které se vyznačují strukturní polarizací. Když jsou fosfolipidy vodní prostředí cytoplazmy dosáhnou kritické koncentrace, spojí se do micel, které jsou stabilnější ve vodném prostředí.

Vlastnosti membrány

• Stabilita. To znamená, že po vytvoření je nepravděpodobné, že by se membrána rozpadla.
• Síla. Lipidová membrána je dostatečně spolehlivá, aby zabránila průchodu polární látky, vytvořenou hranicí nemohou projít jak rozpuštěné látky (ionty, glukóza, aminokyseliny), tak mnohem větší molekuly (bílkoviny).
• dynamický charakter. To je možná nejdůležitější vlastnost při zvažování struktury buňky. Buněčná membrána může být vystavena různým deformacím, může se skládat a ohýbat, aniž by se zhroutila. Za zvláštních okolností, jako je splynutí váčků nebo pučení, se může rozbít, ale pouze dočasně. Při pokojové teplotě jsou jeho lipidové složky v neustálém chaotickém pohybu a tvoří stabilní hranici tekutiny.

Model tekuté mozaiky

Když už mluvíme o struktuře a funkcích buněčných membrán, je důležité poznamenat, že v moderní pohled O membráně jako o modelu tekuté mozaiky uvažovali v roce 1972 vědci Singer a Nicholson. Jejich teorie odráží tři hlavní rysy membránové struktury. Integrály poskytují mozaikový templát pro membránu a jsou schopny laterálního pohybu v rovině díky variabilní povaze organizace lipidů. Transmembránové proteiny jsou také potenciálně mobilní. Důležitá vlastnost struktura membrány je její asymetrie. Jaká je struktura buňky? Buněčná membrána, jádro, proteiny a tak dále. Buňka je základní jednotkou života a všechny organismy se skládají z jedné nebo více buněk, z nichž každá má přirozenou bariéru, která ji odděluje od jejího prostředí. Tento vnější okraj buňky se také nazývá plazmatická membrána. Skládá se ze čtyř různé typy molekuly: fosfolipidy, cholesterol, bílkoviny a sacharidy. Model tekuté mozaiky popisuje strukturu buněčné membrány následovně: pružná a elastická, konzistencí podobná jako rostlinný olej, takže všechny jednotlivé molekuly jednoduše plavou v kapalném prostředí a všechny se mohou v tomto obalu pohybovat do stran. Mozaika je něco, co obsahuje mnoho různých detailů. V plazmatické membráně je zastoupen fosfolipidy, molekulami cholesterolu, bílkovinami a sacharidy.

Fosfolipidy

Fosfolipidy tvoří základní strukturu buněčné membrány. Tyto molekuly mají dva odlišné konce: hlavu a ocas. Headend obsahuje fosfátovou skupinu a je hydrofilní. To znamená, že je přitahován molekulami vody. Ocas se skládá z atomů vodíku a uhlíku nazývaných řetězce mastných kyselin. Tyto řetězce jsou hydrofobní, nerady se mísí s molekulami vody. Tento proces je podobný tomu, co se stane, když nalijete rostlinný olej do vody, to znamená, že se v ní nerozpustí. Strukturní rysy buněčné membrány jsou spojeny s tzv. lipidovou dvojvrstvou, která se skládá z fosfolipidů. Hydrofilní fosfátové hlavice jsou vždy umístěny tam, kde je voda ve formě intracelulární a extracelulární tekutiny. Hydrofobní ocasy fosfolipidů v membráně jsou organizovány tak, že je chrání před vodou.

Cholesterol, bílkoviny a sacharidy

Když lidé slyší slovo „cholesterol“, lidé si obvykle myslí, že je to špatné. Cholesterol je však ve skutečnosti velmi důležitou součástí buněčných membrán. Jeho molekuly se skládají ze čtyř kruhů atomů vodíku a uhlíku. Jsou hydrofobní a vyskytují se mezi hydrofobními konci v lipidové dvojvrstvě. Jejich význam spočívá v udržení konzistence, zpevňují membrány, zabraňují crossoveru. Molekuly cholesterolu také zabraňují kontaktu fosfolipidových ocasů a jejich ztvrdnutí. To zaručuje plynulost a pružnost. Membránové proteiny působí jako enzymy k urychlení chemické reakce působí jako receptory pro specifické molekuly nebo transportují látky přes buněčnou membránu.

Sacharidy neboli sacharidy se nacházejí pouze na extracelulární straně buněčné membrány. Společně tvoří glykokalyx. Poskytuje odpružení a ochranu plazmatické membrány. Na základě struktury a typu sacharidů v glykokalyxu může tělo rozpoznat buňky a určit, zda tam mají být nebo ne.

Membránové proteiny

Strukturu buněčné membrány si nelze představit bez tak významné složky, jako je protein. Navzdory tomu mohou být ve velikosti výrazně horší než další důležitá složka - lipidy. Existují tři hlavní typy membránových proteinů.

• Integrální. Zcela pokrývají dvojvrstvu, cytoplazmu a extracelulární prostředí. Plní transportní a signalizační funkci.
• Obvodový. Proteiny jsou připojeny k membráně elektrostatickými nebo vodíkovými vazbami na jejich cytoplazmatickém nebo extracelulárním povrchu. Jsou zapojeny především jako prostředek pro připojení integrálních proteinů.
• Transmembránové. Provádějí enzymatické a signalizační funkce a také modulují základní strukturu lipidové dvojvrstvy membrány.

Funkce biologických membrán

Hydrofobní efekt, který reguluje chování uhlovodíků ve vodě, řídí struktury tvořené membránovými lipidy a membránovými proteiny. Mnoho vlastností membrán propůjčují nosiče lipidových dvojvrstev, které tvoří základní strukturu všech biologických membrán. Integrální membránové proteiny jsou částečně skryty v lipidové dvojvrstvě. Transmembránové proteiny mají ve své primární sekvenci specializovanou organizaci aminokyselin.

Proteiny periferní membrány jsou velmi podobné rozpustným proteinům, ale jsou také vázané na membránu. Specializované buněčné membrány mají specializované buněčné funkce. Jak struktura a funkce buněčných membrán ovlivňují tělo? Funkčnost celého organismu závisí na tom, jak jsou uspořádány biologické membrány. Z intracelulárních organel, extracelulárních a mezibuněčných interakcí membrán se vytvářejí struktury nezbytné pro organizaci a výkon biologických funkcí. Mnoho strukturálních a funkční vlastnosti jsou běžné pro bakterie a obalené viry. Všechny biologické membrány jsou postaveny na lipidové dvojvrstvě, která určuje přítomnost řady obecné charakteristiky. Membránové proteiny mají mnoho specifických funkcí.

• ovládání. Plazmatické membrány buněk určují hranice interakce buňky s prostředím.
• Doprava. Intracelulární membrány buněk jsou rozděleny do několika funkčních bloků s různým vnitřním složením, z nichž každý je podporován nezbytnou transportní funkcí v kombinaci s kontrolní permeabilitou.
• převod signálu. Membránová fúze poskytuje mechanismus pro intracelulární vezikulární oznámení a zabraňuje různým druhům virů volně vstupovat do buňky.

Význam a závěry

Struktura vnější buněčné membrány ovlivňuje celé tělo. Ona hraje důležitá role v ochraně integrity, umožňující pronikání pouze vybraných látek. Je to také dobrý základ pro ukotvení cytoskeletu a buněčná stěna který pomáhá udržovat tvar buňky. Lipidy tvoří asi 50 % hmoty membrány většiny buněk, i když se to liší v závislosti na typu membrány. Struktura vnější buněčné membrány savců je složitější, obsahuje čtyři hlavní fosfolipidy. Důležitou vlastností lipidových dvojvrstev je, že se chovají jako dvourozměrná tekutina, ve které se mohou jednotlivé molekuly volně otáčet a pohybovat se laterálně. Taková tekutost je důležitou vlastností membrán, která se určuje v závislosti na teplotě a složení lipidů. Vzhledem ke struktuře uhlovodíkového kruhu hraje cholesterol roli při určování tekutosti membrán. biologické membrány pro malé molekuly umožňují buňce řídit a udržovat její vnitřní strukturu.

Vezmeme-li v úvahu strukturu buňky (buněčná membrána, jádro atd.), můžeme dojít k závěru, že tělo je samoregulační systém, který si bez vnější pomoci nemůže ublížit a vždy bude hledat způsoby, jak obnovit, chránit a správně fungovat. buňka.

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 ano různé funkce- některé z nich jsou enzymy, jiné transportní proteiny podílející se na přenosu určitých látek z prostředí do cytoplazmy a naopak.

Základní funkce buněčné membrány

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 iontů Na 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 dochází k absorpci kapalin obsahujících buňkami kterou buňka potřebuje látek. Tento jev byl nazýván pinocytóza.

Vnější membrány různých buněk se u obou výrazně liší chemické složení jejich proteinů a lipidů a 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 na jejich povrchu velký počet výběžky, záhyby, mikroklky. Přispívají jak k výraznému zvětšení povrchu buněk a zlepšení metabolismu, tak k pevnějším vazbám jednotlivých buněk mezi sebou.

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 buněčné membrány (stručně)

buněčná membrána je buněčná membrána, která následující funkce: oddělení obsahu buňky a vnějšího prostředí, selektivní transport látek (výměna s vnějším prostředím pro buňku), místo výskytu některých biochemických reakcí, sdružování buněk do tkání a příjem.

Buněčné membrány se dělí na plazmatické (intracelulární) a vnější. Hlavní vlastností jakékoli membrány je semipermeabilita, to znamená schopnost propouštět pouze určité látky. To umožňuje selektivní výměnu mezi buňkou a vnějším prostředím nebo výměnu mezi kompartmenty buňky.

Plazmatické membrány jsou lipoproteinové struktury. Lipidy spontánně tvoří dvojvrstvu (dvojvrstvu), v ní „plavou“ membránové proteiny. V membránách je několik tisíc různých proteinů: strukturální, nosiče, enzymy atd. Mezi molekulami proteinů jsou póry, kterými procházejí hydrofilní látky (lipidová dvojvrstva brání jejich přímému pronikání do buňky). Na některé molekuly na povrchu membrány jsou navázány glykosylové skupiny (monosacharidy a polysacharidy), které se podílejí na procesu rozpoznávání buněk při tvorbě tkáně.

Membrány se liší svou tloušťkou, obvykle mezi 5 a 10 nm. Tloušťka je určena velikostí molekuly amfifilního lipidu a je 5,3 nm. Další zvýšení tloušťky membrány je způsobeno velikostí komplexů membránových proteinů. V závislosti na vnějších podmínkách (cholesterol je regulátor) se struktura dvojvrstvy může měnit tak, že se stává hustší nebo tekutější - na tom závisí rychlost pohybu látek po membránách.

Mezi buněčné membrány patří: plazmalema, karyolema, membrány endoplazmatického retikula, Golgiho aparát, lysozomy, peroxisomy, mitochondrie, inkluze atd.

Lipidy jsou nerozpustné ve vodě (hydrofobicita), ale snadno rozpustné v organických rozpouštědlech a tucích (lipofilita). Složení lipidů v různých membránách není stejné. Například, plazmatická membrána obsahuje hodně cholesterolu. Z lipidů v membráně jsou nejčastější fosfolipidy (glycerofosfatidy), sfingomyeliny (sfingolipidy), glykolipidy a cholesterol.

Fosfolipidy, sfingomyeliny, glykolipidy se skládají ze dvou funkčně odlišných částí: hydrofobní nepolární, která nenese náboje – „ocasy“ sestávající z mastných kyselin, a hydrofilní, obsahující nabité polární „hlavičky“ – alkoholové skupiny (například glycerol).

Hydrofobní část molekuly se obvykle skládá ze dvou mastných kyselin. Jedna z kyselin je omezující a druhá je nenasycená. To určuje schopnost lipidů spontánně vytvářet dvouvrstvé (bilipidové) membránové struktury. Membránové lipidy plní následující funkce: bariéra, transport, mikroprostředí proteinů, elektrický odpor membrány.

Membrány se od sebe liší sadou proteinových molekul. Mnoho membránových proteinů se skládá z oblastí bohatých na polární aminokyseliny (přenášející náboj) a oblastí s nepolárními aminokyselinami (glycin, alanin, valin, leucin). Takové proteiny v lipidových vrstvách membrán jsou umístěny tak, že jejich nepolární oblasti jsou jakoby ponořeny do "tukové" části membrány, kde se nacházejí hydrofobní oblasti lipidů. Polární (hydrofilní) část těchto proteinů interaguje s lipidovými hlavami a je obrácena směrem k vodné fázi.

Biologické membrány mají společné vlastnosti:

membrány jsou uzavřené systémy, které neumožňují promísit obsah buňky a jejích kompartmentů. Porušení integrity membrány může vést k buněčné smrti;

povrchní (planární, laterální) pohyblivost. V membránách dochází k nepřetržitému pohybu látek po povrchu;

asymetrie membrány. Struktura vnější a povrchové vrstvy je chemicky, strukturně a funkčně heterogenní.

Studium struktury organismů, stejně jako rostlin, zvířat a lidí, je obor biologie nazývaný cytologie. Vědci zjistili, že obsah buňky, která se v ní nachází, je poměrně složitý. Je obklopena tzv. povrchovým aparátem, který zahrnuje vnější buněčnou membránu, supramembránové struktury: glykokalyx a mikrofilamenta, pelikuly a mikrotubuly, které tvoří jeho submembránový komplex.

V tomto článku budeme studovat strukturu a funkce vnější buněčné membrány, která je součástí povrchového aparátu různé druhy buňky.

Jaké jsou funkce vnější buněčné membrány?

Jak bylo popsáno dříve, vnější membrána je součástí povrchového aparátu každé buňky, která úspěšně odděluje její vnitřní obsah a chrání buněčné organely před nepříznivé podmínky vnější prostředí. Další funkcí je zajištění výměny látek mezi buněčným obsahem a tkáňovým mokem, proto vnější buněčná membrána transportuje molekuly a ionty vstupující do cytoplazmy a také pomáhá odstraňovat toxiny a přebytečné toxické látky z buňky.

Struktura buněčné membrány

Membrány nebo plazmalemata různých typů buněk se od sebe velmi liší. Hlavně, chemická struktura, jakož i relativní obsah lipidů, glykoproteinů, proteinů v nich a podle toho i povaha receptorů v nich umístěných. Vnější, které jsou určeny především individuální složení glykoproteiny, podílí se na rozpoznávání podnětů z prostředí a na reakcích buňky samotné na jejich působení. Některé typy virů mohou interagovat s proteiny a glykolipidy buněčných membrán, v důsledku čehož pronikají do buňky. Herpes a chřipkové viry mohou použít k vytvoření svého ochranného obalu.

A viry a bakterie, takzvané bakteriofágy, se na buněčnou membránu uchytí a v místě kontaktu ji pomocí speciálního enzymu rozpustí. Poté do vytvořeného otvoru projde molekula virové DNA.

Vlastnosti struktury plazmatické membrány eukaryot

Připomeňme, že vnější buněčná membrána plní funkci transportní, tedy přenos látek do a z ní do vnějšího prostředí. K provedení takového procesu je nutná speciální struktura. Ve skutečnosti je plazmalema konstantní, univerzální systém povrchového aparátu pro všechny. Jedná se o tenký (2-10 Nm), ale poměrně hustý vícevrstvý film, který pokrývá celý článek. Jeho strukturu zkoumali v roce 1972 takoví vědci jako D. Singer a G. Nicholson, vytvořili také fluidní mozaikový model buněčné membrány.

Hlavní chemické sloučeniny, které jej tvoří, jsou uspořádané molekuly proteinů a určitých fosfolipidů, které jsou rozptýleny v kapalném lipidovém prostředí a připomínají mozaiku. Buněčná membrána se tedy skládá ze dvou vrstev lipidů, jejichž nepolární hydrofobní „ocásky“ jsou uvnitř membrány a polární hydrofilní hlavy směřují k cytoplazmě buňky a intersticiální tekutině.

Lipidovou vrstvou prostupují velké proteinové molekuly, které tvoří hydrofilní póry. Je to skrze ně vodní roztoky glukóza a minerální soli. Některé proteinové molekuly se nacházejí jak na vnějším, tak na vnitřním povrchu plazmalemy. Na vnější buněčné membráně v buňkách všech organismů s jádry jsou tedy molekuly sacharidů vázané kovalentními vazbami s glykolipidy a glykoproteiny. Obsah sacharidů v buněčných membránách se pohybuje od 2 do 10 %.

Struktura plazmalemy prokaryotických organismů

Vnější buněčná membrána u prokaryot plní podobné funkce jako plazmatické membrány buněk jaderných organismů, a to: vnímání a přenos informací přicházejících z vnějšího prostředí, transport iontů a roztoků do a z buňky a ochranu cytoplazma od cizích činidel zvenčí. Může tvořit mesozomy – struktury, které vznikají, když plazmalema vyčnívá do buňky. Mohou obsahovat enzymy zapojené do metabolických reakcí prokaryot, například při replikaci DNA, syntéze proteinů.

Mezozomy obsahují také redoxní enzymy, zatímco fotosyntetika obsahují bakteriochlorofyl (u bakterií) a fykobilin (u sinic).

Úloha vnějších membrán v mezibuněčných kontaktech

Pokračujeme v zodpovězení otázky, jaké funkce plní vnější buněčná membrána, zastavme se u její role v rostlinných buňkách.V rostlinných buňkách se ve stěnách vnější buněčné membrány tvoří póry přecházející do celulózové vrstvy. Jejich prostřednictvím je možný výstup cytoplazmy buňky ven, takové tenké kanály se nazývají plasmodesmata.

Díky nim je spojení mezi sousedními rostlinnými buňkami velmi pevné. V lidských a zvířecích buňkách se místa kontaktu mezi sousedními buněčnými membránami nazývají desmozomy. Jsou charakteristické pro endoteliální a epiteliální buňky a nacházejí se také v kardiomyocytech.

Pomocné útvary plazmalemy

Pochopte, co je jiné rostlinné buňky ze zvířat pomáhá studovat strukturní rysy jejich plazmatických membrán, které závisí na tom, jaké funkce plní vnější buněčná membrána. Nad ním v živočišných buňkách je vrstva glykokalyxu. Je tvořen polysacharidovými molekulami spojenými s proteiny a lipidy vnější buněčné membrány. Díky glykokalyxe dochází k adhezi (slepování) mezi buňkami, vedoucí k tvorbě tkání, proto se podílí na signalizační funkci plazmalemy - rozpoznávání podnětů z okolí.

Jak probíhá pasivní transport určitých látek přes buněčné membrány

Jak již bylo zmíněno dříve, vnější buněčná membrána se podílí na procesu transportu látek mezi buňkou a vnějším prostředím. Existují dva typy transportu přes plazmalemu: pasivní (difúzní) a aktivní transport. První zahrnuje difúzi, usnadněnou difúzi a osmózu. Pohyb látek po koncentračním gradientu závisí především na hmotnosti a velikosti molekul procházejících buněčnou membránou. Například malé nepolární molekuly se snadno rozpouštějí ve střední lipidové vrstvě plazmalemy, pohybují se přes ni a končí v cytoplazmě.

Velké molekuly organických látek pronikají do cytoplazmy pomocí speciálních nosných proteinů. Jsou druhově specifické a v kombinaci s částicí nebo iontem je pasivně přenášejí přes membránu podél koncentračního gradientu bez vynaložení energie (pasivní transport). Tento proces je základem takové vlastnosti plazmalemy, jako je selektivní permeabilita. Energie molekul ATP se přitom nevyužívá a buňka ji šetří pro další metabolické reakce.

Aktivní transport chemických sloučenin přes plazmalema

Protože vnější buněčná membrána zajišťuje přenos molekul a iontů z vnějšího prostředí do buňky a zpět, je možné odstraňovat produkty disimilace, kterými jsou toxiny, ven, tedy do mezibuněčné tekutiny. dochází proti koncentračnímu gradientu a vyžaduje využití energie ve formě molekul ATP. Zahrnuje také nosné proteiny zvané ATPázy, což jsou také enzymy.

Příkladem takového transportu je sodno-draselná pumpa (sodné ionty přecházejí z cytoplazmy do vnějšího prostředí a draselné ionty jsou pumpovány do cytoplazmy). Jsou toho schopny epiteliální buňky střeva a ledvin. Odrůdy tohoto způsobu přenosu jsou procesy pinocytózy a fagocytózy. Studiem toho, jaké funkce plní vnější buněčná membrána, lze tedy stanovit, že heterotrofní protistové, stejně jako buňky vyšších živočišných organismů, například leukocyty, jsou schopné pino- a fagocytózy.

Bioelektrické procesy v buněčných membránách

Bylo zjištěno, že mezi nimi existuje potenciální rozdíl vnější povrch plasmalemma (je kladně nabitá) a parietální vrstva cytoplazmy, záporně nabitá. Říkalo se tomu klidový potenciál a je vlastní všem živým buňkám. ALE nervové tkáně má nejen klidový potenciál, ale je také schopen vést slabé bioproudy, což se nazývá proces excitace. Vnější membrány nervových buněk-neuronů, které přijímají podráždění z receptorů, začnou měnit náboje: ionty sodíku masivně vstupují do buňky a povrch plazmalemy se stává elektronegativním. A parietální vrstva cytoplazmy v důsledku přebytku kationtů dostává kladný náboj. To vysvětluje, proč se vnější buněčná membrána neuronu znovu nabíjí, což způsobuje vedení. nervové vzruchy podstatou excitačního procesu.