Jakie są główne funkcje błony komórkowej. Błona komórkowa (plazma), jej główne funkcje

Zewnętrzna błona komórkowa (plasmalemma, cytolemma, membrana plazmatyczna) komórek zwierzęcych pokryty na zewnątrz (tj. od strony niestykającej się z cytoplazmą) warstwą łańcuchów oligosacharydowych kowalencyjnie przyłączonych do białek błonowych (glikoprotein) oraz w mniejszym stopniu do lipidów (glikolipidów). Ta powłoka węglowodanowa błony nazywa się glikokaliks. Cel glikokaliksu nie jest jeszcze bardzo jasny; przyjmuje się, że struktura ta bierze udział w procesach rozpoznawania międzykomórkowego.

W komórkach roślinnych na wierzchu zewnętrznej błony komórkowej znajduje się gęsta warstwa celulozy z porami, przez które odbywa się komunikacja między sąsiednimi komórkami poprzez mostki cytoplazmatyczne.

Komórki grzyby na wierzchu plazmalemmy - gęsta warstwa chityna.

Na bakteria – mureina.

Właściwości błon biologicznych

1. Możliwość samodzielnego złożenia po niszczących uderzeniach. Ta właściwość jest określona przez właściwości fizykochemiczne cząsteczek fosfolipidów, które w roztworze wodnym łączą się tak, że hydrofilowe końce cząsteczek są skierowane na zewnątrz, a hydrofobowe do wewnątrz. Białka można wbudowywać w gotowe warstwy fosfolipidowe. Zdolność do samoorganizacji jest niezbędna na poziomie komórkowym.

2. Półprzepuszczalność(selektywność w transmisji jonów i cząsteczek). Zapewnia utrzymanie stałości składu jonowego i molekularnego w komórce.

3. Płynność błony. Błony nie są sztywnymi strukturami; stale zmieniają się z powodu ruchów obrotowych i oscylacyjnych cząsteczek lipidów i białek. Zapewnia to wysoką szybkość procesów enzymatycznych i innych procesów chemicznych w membranach.

4. Fragmenty membran nie mają wolnych zakończeń, ponieważ są zamknięte w bąbelkach.

Funkcje zewnętrznej błony komórkowej (plasmalemma)

Główne funkcje plazmalemmy to: 1) bariera, 2) receptor, 3) wymiana, 4) transport.

1. funkcja bariery. Wyraża się to w tym, że plazmalemia ogranicza zawartość komórki, oddzielając ją od środowiska zewnętrznego, a błony wewnątrzkomórkowe dzielą cytoplazmę na oddzielne reakcje przedziały.

2. funkcja receptora. Jedną z najważniejszych funkcji plazmalemmy jest zapewnienie komunikacji (połączenia) komórki ze środowiskiem zewnętrznym poprzez obecny w błonach aparat receptorowy, który ma charakter białkowy lub glikoproteinowy. Główną funkcją formacji receptorowych plazmalemmy jest rozpoznawanie sygnałów zewnętrznych, dzięki którym komórki są prawidłowo zorientowane i tworzą tkanki w procesie różnicowania. Z funkcją receptora związana jest aktywność różnych układów regulacyjnych, a także powstawanie odpowiedzi immunologicznej.

funkcja wymiany determinuje zawartość białek enzymatycznych w błonach biologicznych, które są biologicznymi katalizatorami. Ich aktywność zmienia się w zależności od pH środowiska, temperatury, ciśnienia, stężenia zarówno substratu, jak i samego enzymu. Enzymy określają intensywność kluczowych reakcji metabolizm, jak również orientacja.

Funkcja transportowa błon. Błona zapewnia selektywne przenikanie do komórki iz komórki do środowiska różnych substancji chemicznych. Transport substancji jest niezbędny do utrzymania odpowiedniego pH w komórce, właściwego stężenia jonów, co zapewnia wydajność enzymów komórkowych. Transport dostarcza składników odżywczych, które służą jako źródło energii, a także materiał do tworzenia różnych składników komórkowych. Decyduje o usuwaniu toksycznych produktów przemiany materii z komórki, wydzielaniu różnych przydatnych substancji oraz tworzeniu gradientów jonowych niezbędnych do czynności nerwowej i mięśniowej.Zmiany szybkości przenoszenia substancji mogą prowadzić do zaburzeń procesów bioenergetycznych, metabolizmu wody i soli , pobudliwość i inne procesy. Korekta tych zmian leży u podstaw działania wielu leków.

Substancje dostają się do komórki i wychodzą z niej do środowiska zewnętrznego na dwa główne sposoby;

transport pasywny,

transport aktywny.

Transport pasywny przebiega wzdłuż gradientu stężenia chemicznego lub elektrochemicznego bez wydatku energii ATP. Jeżeli cząsteczka transportowanej substancji nie ma ładunku, to o kierunku transportu biernego decyduje jedynie różnica stężeń tej substancji po obu stronach błony (gradient stężeń chemicznych). Jeśli cząsteczka jest naładowana, na jej transport wpływa zarówno gradient stężenia chemicznego, jak i gradient elektryczny (potencjał błony).

Oba gradienty razem tworzą gradient elektrochemiczny. Bierny transport substancji może odbywać się na dwa sposoby: dyfuzję prostą i dyfuzję ułatwioną.

Z prostą dyfuzją jony soli i woda mogą przenikać przez selektywne kanały. Kanały te są tworzone przez niektóre białka transbłonowe, które tworzą szlaki transportowe od końca do końca, które są otwarte na stałe lub tylko przez krótki czas. Poprzez kanały selektywne przenikają różne cząsteczki, mające rozmiar i ładunek odpowiadający kanałom.

Istnieje inny sposób prostej dyfuzji - jest to dyfuzja substancji przez dwuwarstwę lipidową, przez którą łatwo przechodzą substancje rozpuszczalne w tłuszczach i woda. Dwuwarstwa lipidowa jest nieprzepuszczalna dla naładowanych cząsteczek (jonów), a jednocześnie nienaładowane małe cząsteczki mogą swobodnie dyfundować, a im mniejsza cząsteczka, tym szybciej jest transportowana. Dość wysoka szybkość dyfuzji wody przez dwuwarstwę lipidową wynika właśnie z małego rozmiaru jej cząsteczek i braku ładunku.

Z ułatwioną dyfuzją białka biorą udział w transporcie substancji – nośników, które działają na zasadzie „ping-ponga”. W tym przypadku białko występuje w dwóch stanach konformacyjnych: w stanie „pong” miejsca wiązania transportowanej substancji są otwarte na zewnątrz dwuwarstwy, aw stanie „ping” te same miejsca są otwarte po drugiej stronie strona. Ten proces jest odwracalny. To, z której strony miejsce wiązania substancji będzie otwarte w danym czasie, zależy od gradientu stężeń tej substancji.

W ten sposób cukry i aminokwasy przechodzą przez błonę.

Przy dyfuzji ułatwionej szybkość transportu substancji znacznie wzrasta w porównaniu z dyfuzją prostą.

Oprócz białek nośnikowych niektóre antybiotyki, takie jak gramicydyna i walinomycyna, biorą udział w ułatwionej dyfuzji.

Ponieważ zapewniają transport jonów, nazywane są jonofory.

Aktywny transport substancji w komórce. Ten rodzaj transportu zawsze wiąże się z kosztami energii. Źródłem energii potrzebnej do transportu aktywnego jest ATP. Cechą charakterystyczną tego rodzaju transportu jest to, że odbywa się on na dwa sposoby:

za pomocą enzymów zwanych ATPazami;

transport w opakowaniach membranowych (endocytoza).

W zewnętrzna błona komórkowa zawiera białka enzymatyczne, takie jak ATPazy, którego funkcją jest zapewnienie aktywnego transportu jony w stosunku do gradientu stężeń. Ponieważ zapewniają one transport jonów, proces ten nazywany jest pompą jonową.

W komórce zwierzęcej istnieją cztery główne systemy transportu jonów. Trzy z nich zapewniają przenoszenie przez błony biologiczne Na+ i K+, Ca+, H+, a czwarta – przenoszenie protonów podczas działania mitochondrialnego łańcucha oddechowego.

Przykładem aktywnego mechanizmu transportu jonów jest pompa sodowo-potasowa w komórkach zwierzęcych. Utrzymuje stałe stężenie jonów sodu i potasu w komórce, które różni się od stężenia tych substancji w środowisku: normalnie w komórce jest mniej jonów sodu niż w środowisku, a więcej potasu.

W rezultacie, zgodnie z prawami prostej dyfuzji, potas ma tendencję do opuszczania komórki, a sód dyfunduje do komórki. W przeciwieństwie do prostej dyfuzji, pompa sodowo-potasowa stale wypompowuje sód z komórki i wstrzykuje potas: na trzy wyrzucone cząsteczki sodu, do komórki wprowadzane są dwie cząsteczki potasu.

Ten transport jonów sodowo-potasowych zapewnia enzym ATP-zależny, który jest zlokalizowany w błonie w taki sposób, że penetruje całą jej grubość.Sód i ATP wchodzą do tego enzymu z wnętrza błony, a potas z na zewnątrz.

Przenoszenie sodu i potasu przez błonę następuje w wyniku zmian konformacyjnych, którym podlega ATPaza sodowo-potasowa zależna, która jest aktywowana, gdy wzrasta stężenie sodu wewnątrz komórki lub potasu w środowisku.

Do zasilania tej pompy wymagana jest hydroliza ATP. Proces ten zapewnia ten sam enzym ATP-aza zależna od sodu i potasu. Jednocześnie ponad jedna trzecia ATP zużywanego przez komórkę zwierzęcą w spoczynku jest wydawana na pracę pompy sodowo-potasowej.

Naruszenie prawidłowego funkcjonowania pompy sodowo-potasowej prowadzi do różnych poważnych chorób.

Wydajność tej pompy przekracza 50%, czego nie osiągają najbardziej zaawansowane maszyny stworzone przez człowieka.

Wiele aktywnych systemów transportowych jest napędzanych energią zmagazynowaną w gradiencie jonowym, a nie bezpośrednią hydrolizą ATP. Wszystkie działają jako systemy kotransportu (ułatwiające transport związków o małej masie cząsteczkowej). Na przykład aktywny transport niektórych cukrów i aminokwasów do komórek zwierzęcych jest określony przez gradient jonów sodu, a im wyższy gradient jonów sodu, tym większa szybkość wchłaniania glukozy. I odwrotnie, jeśli stężenie sodu w przestrzeni międzykomórkowej wyraźnie spada, transport glukozy zatrzymuje się. W tym przypadku sód musi dołączyć do zależnego od sodu białka nośnikowego glukozy, które ma dwa miejsca wiązania: jedno dla glukozy, drugie dla sodu. Wnikające do komórki jony sodu przyczyniają się do wprowadzenia białka nośnikowego do komórki wraz z glukozą. Jony sodu, które dostały się do komórki wraz z glukozą, są wypompowywane z powrotem przez ATPazę sodowo-potasową zależną, która utrzymując gradient stężenia sodu, pośrednio kontroluje transport glukozy.

Transport substancji w opakowaniach membranowych. Duże cząsteczki biopolimerów praktycznie nie mogą przeniknąć przez plazmalemę żadnym z opisanych powyżej mechanizmów transportu substancji do wnętrza komórki. Są one wychwytywane przez komórkę i wchłaniane w pakiecie membranowym, który jest tzw endocytoza. Ta ostatnia jest formalnie podzielona na fagocytozę i pinocytozę. Wychwytywanie cząstek stałych przez komórkę jest fagocytoza i płyn - pinocytoza. Podczas endocytozy obserwuje się następujące etapy:

odbiór wchłoniętej substancji dzięki receptorom w błonie komórkowej;

wgłobienie błony z tworzeniem się pęcherzyków (pęcherzyków);

oddzielenie pęcherzyka endocytarnego od błony z wydatkami energetycznymi - tworzenie fagosomów i przywrócenie integralności błony;

Fuzja fagosomu z lizosomem i tworzenie fagolizosomy (wakuola trawienna), w którym zachodzi trawienie wchłoniętych cząstek;

usunięcie niestrawionego materiału z fagolizosomu z komórki ( egzocytoza).

W świecie zwierząt endocytoza jest charakterystycznym sposobem odżywiania wielu organizmów jednokomórkowych (np. ameby), a wśród organizmów wielokomórkowych ten rodzaj trawienia cząstek pokarmu występuje w komórkach endodermy koelenteratów. Jeśli chodzi o ssaki i ludzi, mają one układ komórek siateczkowo-histio-śródbłonkowych ze zdolnością do endocytozy. Przykładami są leukocyty krwi i wątrobowe komórki Kupffera. Te ostatnie wyścielają tak zwane sinusoidalne naczynia włosowate wątroby i wychwytują różne ciała obce zawieszone we krwi. Egzocytoza- jest to również sposób na usunięcie z komórki organizmu wielokomórkowego wydzielanego przez nią substratu, który jest niezbędny do funkcjonowania innych komórek, tkanek i narządów.

Ma grubość 8-12 nm, więc nie można go zbadać pod mikroskopem świetlnym. Strukturę membrany bada się za pomocą mikroskopu elektronowego.

Błona plazmatyczna jest utworzona przez dwie warstwy lipidów - warstwę lipidową lub dwuwarstwę. Każda cząsteczka składa się z hydrofilowej głowy i hydrofobowego ogona, aw błonach biologicznych lipidy znajdują się z głowami na zewnątrz, ogonami do wewnątrz.

Liczne cząsteczki białek są zanurzone w warstwie bilipidowej. Niektóre z nich znajdują się na powierzchni membrany (zewnętrznej lub wewnętrznej), inne penetrują membranę.

Funkcje błony plazmatycznej

Błona chroni zawartość komórki przed uszkodzeniem, utrzymuje kształt komórki, selektywnie wprowadza niezbędne substancje do wnętrza komórki i usuwa produkty przemiany materii, a także zapewnia komunikację między komórkami.

Barierowa, ograniczająca funkcja błony zapewnia podwójną warstwę lipidów. Nie dopuszcza do rozprzestrzeniania się zawartości komórki, mieszania się z otoczeniem lub płynem międzykomórkowym oraz zapobiega przenikaniu niebezpiecznych substancji do wnętrza komórki.

Szereg najważniejszych funkcji błony cytoplazmatycznej jest realizowanych dzięki zanurzonym w niej białkom. Za pomocą białek receptorowych może dostrzegać różne podrażnienia na swojej powierzchni. Białka transportowe tworzą najcieńsze kanały, przez które potas, wapń i inne jony o małej średnicy przechodzą do iz komórki. Białka - same w sobie zapewniają procesy życiowe.

Duże cząstki pokarmu, które nie są w stanie przejść przez cienkie kanały błonowe, dostają się do komórki na drodze fagocytozy lub pinocytozy. Wspólna nazwa tych procesów to endocytoza.

Jak zachodzi endocytoza - przenikanie dużych cząstek pokarmu do komórki

Cząsteczka pokarmu styka się z zewnętrzną błoną komórki iw tym miejscu tworzy się wgłobienie. Następnie cząsteczka otoczona błoną wchodzi do komórki, powstaje cząsteczka trawienna, a enzymy trawienne wnikają do utworzonego pęcherzyka.

Białe krwinki, które mogą wychwytywać i trawić obce bakterie, nazywane są fagocytami.

W przypadku pinocytozy wgłobienie błony nie wychwytuje cząstek stałych, ale kropelki cieczy z rozpuszczonymi w niej substancjami. Mechanizm ten jest jedną z głównych dróg przenikania substancji do wnętrza komórki.

Komórki roślinne pokryte nad błoną stałą warstwą ściany komórkowej nie są zdolne do fagocytozy.

Odwrotnym procesem endocytozy jest egzocytoza. Zsyntetyzowane substancje (na przykład hormony) są pakowane w pęcherzyki błonowe, zbliżają się, są w nim osadzone, a zawartość pęcherzyka jest wyrzucana z komórki. W ten sposób komórka może również pozbyć się zbędnych produktów przemiany materii.

Cytoplazma- obowiązkowa część komórki, zamknięta między błoną plazmatyczną a jądrem; Jest podzielony na hialoplazmę (główną substancję cytoplazmy), organelle (stałe składniki cytoplazmy) i inkluzje (tymczasowe składniki cytoplazmy). Skład chemiczny cytoplazmy: podstawą jest woda (60-90% całkowitej masy cytoplazmy), różne związki organiczne i nieorganiczne. Cytoplazma jest zasadowa. Cechą charakterystyczną cytoplazmy komórki eukariotycznej jest ciągły ruch ( cykloza). Jest wykrywany głównie przez ruch organelli komórkowych, takich jak chloroplasty. Jeśli ruch cytoplazmy ustanie, komórka umiera, ponieważ tylko będąc w ciągłym ruchu może wykonywać swoje funkcje.

Hialoplazma ( cytozol) jest bezbarwnym, śluzowatym, gęstym i przezroczystym roztworem koloidalnym. To w nim zachodzą wszystkie procesy metaboliczne, zapewnia wzajemne połączenie jądra i wszystkich organelli. W zależności od przewagi części płynnej lub dużych cząsteczek w hialoplazmie wyróżnia się dwie formy hialoplazmy: sol- więcej płynnej hialoplazmy i żel- gęstsza hialoplazma. Możliwe są między nimi wzajemne przejścia: żel zamienia się w zol i odwrotnie.

Funkcje cytoplazmy:

1. integracja wszystkich elementów ogniwa w jeden system,
2. środowisko dla przebiegu wielu procesów biochemicznych i fizjologicznych,
3. środowisko dla istnienia i funkcjonowania organelli.

Ściany komórkowe

Ściany komórkowe ograniczyć komórki eukariotyczne. W każdej błonie komórkowej można wyróżnić co najmniej dwie warstwy. Warstwa wewnętrzna przylega do cytoplazmy i jest reprezentowana przez błona plazmatyczna(synonimy - plazmalemma, błona komórkowa, błona cytoplazmatyczna), nad którymi tworzy się warstwa zewnętrzna. W komórce zwierzęcej jest cienka i nazywa się glikokaliks(tworzony przez glikoproteiny, glikolipidy, lipoproteiny), w komórce roślinnej – gruby, tzw Ściana komórkowa(utworzony przez celulozę).

Wszystkie błony biologiczne mają wspólne cechy strukturalne i właściwości. Obecnie powszechnie akceptowane płynny model mozaiki struktury membrany. Podstawą błony jest dwuwarstwa lipidowa, zbudowana głównie z fosfolipidów. Fosfolipidy to triglicerydy, w których jedna reszta kwasu tłuszczowego jest zastąpiona resztą kwasu fosforowego; odcinek cząsteczki, w którym znajduje się reszta kwasu fosforowego, nazywany jest głową hydrofilową, odcinki, w których znajdują się reszty kwasu tłuszczowego, nazywane są ogonami hydrofobowymi. W błonie fosfolipidy są ułożone w ściśle uporządkowany sposób: hydrofobowe ogony cząsteczek skierowane są do siebie, a hydrofilowe głowy skierowane są na zewnątrz, w kierunku wody.

Oprócz lipidów błona zawiera białka (średnio ≈ 60%). Decydują o większości specyficznych funkcji błony (transport niektórych cząsteczek, kataliza reakcji, odbieranie i przetwarzanie sygnałów z otoczenia itp.). Rozróżnij: 1) białka obwodowe(znajduje się na zewnętrznej lub wewnętrznej powierzchni dwuwarstwy lipidowej), 2) białka półintegralne(zanurzone w dwuwarstwie lipidowej na różne głębokości), 3) białka integralne lub transbłonowe(przenikają błonę na wskroś, będąc w kontakcie zarówno z zewnętrznym, jak i wewnętrznym środowiskiem komórki). Białka integralne w niektórych przypadkach nazywane są kanałotwórczymi lub kanałowymi, ponieważ można je uznać za kanały hydrofilowe, przez które cząsteczki polarne przechodzą do komórki (lipidowy składnik błony nie przepuszcza ich).

A - hydrofilowa głowa fosfolipidu; C, hydrofobowe ogony fosfolipidu; 1 - regiony hydrofobowe białek E i F; 2, hydrofilowe regiony białka F; 3 - rozgałęziony łańcuch oligosacharydowy przyłączony do lipidu w cząsteczce glikolipidu (glikolipidy występują rzadziej niż glikoproteiny); 4 - rozgałęziony łańcuch oligosacharydowy przyłączony do białka w cząsteczce glikoproteiny; 5 - kanał hydrofilowy (funkcjonuje jako por, przez który mogą przechodzić jony i niektóre cząsteczki polarne).

Błona może zawierać węglowodany (do 10%). Węglowodanowy składnik błon jest reprezentowany przez łańcuchy oligosacharydowe lub polisacharydowe związane z cząsteczkami białka (glikoproteiny) lub lipidami (glikolipidy). Zasadniczo węglowodany znajdują się na zewnętrznej powierzchni błony. Węglowodany zapewniają funkcje receptorowe błony. W komórkach zwierzęcych glikoproteiny tworzą kompleks epibłonowy, glikokaliks, o grubości kilkudziesięciu nanometrów. Znajduje się w nim wiele receptorów komórkowych, z jego pomocą dochodzi do adhezji komórek.

Cząsteczki białek, węglowodanów i lipidów są ruchome, zdolne do poruszania się w płaszczyźnie błony. Grubość błony plazmatycznej wynosi około 7,5 nm.

Funkcje membrany

Membrany pełnią następujące funkcje:

1. oddzielenie zawartości komórkowej od środowiska zewnętrznego,
2. regulacja metabolizmu między komórką a środowiskiem,
3. podział komórki na przedziały („przedziały”),
4. lokalizacja „przenośników enzymatycznych”,
5. zapewnienie komunikacji między komórkami w tkankach organizmów wielokomórkowych (adhezja),
6. rozpoznawanie sygnału.

Najważniejsze właściwość membrany- przepuszczalność selektywna, tj. membrany są wysoce przepuszczalne dla niektórych substancji lub cząsteczek i słabo przepuszczalne (lub całkowicie nieprzepuszczalne) dla innych. Ta właściwość leży u podstaw regulacyjnej funkcji błon, która zapewnia wymianę substancji między komórką a środowiskiem zewnętrznym. Proces, w którym substancje przechodzą przez błonę komórkową, nazywa się transport substancji. Rozróżnij: 1) transport pasywny- proces przekazywania substancji, przechodzenie bez energii; 2) transport aktywny- proces przekazywania substancji, idący kosztem energii.

Na transport pasywny substancje przemieszczają się z obszaru o wyższym stężeniu do obszaru o niższym stężeniu, tj. wzdłuż gradientu stężenia. W każdym roztworze znajdują się cząsteczki rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej. Proces ruchu cząsteczek substancji rozpuszczonej nazywa się dyfuzją, ruch cząsteczek rozpuszczalnika nazywa się osmozą. Jeśli cząsteczka jest naładowana, to na jej transport wpływa gradient elektryczny. Dlatego często mówi się o gradiencie elektrochemicznym, łącząc oba gradienty razem. Szybkość transportu zależy od wielkości nachylenia.

Można wyróżnić następujące rodzaje transportu biernego: 1) prosta dyfuzja- transport substancji bezpośrednio przez dwuwarstwę lipidową (tlen, dwutlenek węgla); 2) dyfuzja przez kanały membranowe- transport przez białka kanałotwórcze (Na+, K+, Ca 2+, Cl-); 3) ułatwiona dyfuzja- transport substancji za pomocą specjalnych białek transportowych, z których każde odpowiada za ruch określonych cząsteczek lub grup powiązanych cząsteczek (glukozy, aminokwasów, nukleotydów); cztery) osmoza- transport cząsteczek wody (we wszystkich układach biologicznych woda jest rozpuszczalnikiem).

Konieczność transport aktywny występuje, gdy konieczne jest zapewnienie przenoszenia cząsteczek przez membranę wbrew gradientowi elektrochemicznemu. Transport ten realizowany jest przez specjalne białka nośnikowe, których działanie wymaga wydatku energetycznego. Źródłem energii są cząsteczki ATP. Transport aktywny obejmuje: 1) pompę Na+/K+ (pompa sodowo-potasowa), 2) endocytozę, 3) egzocytozę.

Pracuj z pompą Na + /K +. Do prawidłowego funkcjonowania komórka musi utrzymywać określony stosunek jonów K+ i Na+ w cytoplazmie iw środowisku zewnętrznym. Stężenie K + wewnątrz komórki powinno być znacznie wyższe niż na zewnątrz, a Na + - odwrotnie. Należy zauważyć, że Na + i K + mogą swobodnie dyfundować przez pory membrany. Pompa Na+/K+ przeciwdziała wyrównywaniu się tych stężeń jonów i aktywnie pompuje Na+ z komórki, a K+ do komórki. Pompa Na+/K+ jest białkiem transbłonowym zdolnym do zmian konformacyjnych, dzięki czemu może przyłączać zarówno K+, jak i Na+. Cykl działania pompy Na+/K+ można podzielić na następujące fazy: 1) przyłączenie Na+ z wnętrza błony, 2) fosforylacja białka pompy, 3) uwolnienie Na+ w przestrzeni pozakomórkowej przestrzeni, 4) przyłączenie K+ z zewnątrz błony, 5) defosforylacja białka pompy, 6) uwolnienie K+ w przestrzeni wewnątrzkomórkowej. Pompa sodowo-potasowa zużywa prawie jedną trzecią całej energii niezbędnej do życia komórki. Podczas jednego cyklu pracy pompa wypompowuje 3Na+ z ogniwa i pompuje 2K+.

Endocytoza- proces wchłaniania przez komórkę dużych cząstek i makrocząsteczek. Istnieją dwa rodzaje endocytozy: 1) fagocytoza- wychwytywanie i absorpcja dużych cząstek (komórek, części komórek, makrocząsteczek) oraz 2) pinocytoza- wychwytywanie i absorpcja materiału płynnego (roztwór, roztwór koloidalny, zawiesina). Zjawisko fagocytozy zostało odkryte przez I.I. Miecznikowa w 1882 r. Podczas endocytozy błona plazmatyczna tworzy zagłębienie, jej krawędzie łączą się, a struktury oddzielone od cytoplazmy pojedynczą błoną są wplecione w cytoplazmę. Wiele pierwotniaków i niektóre leukocyty są zdolne do fagocytozy. Pinocytozę obserwuje się w komórkach nabłonkowych jelita, w śródbłonku naczyń włosowatych.

Egzocytoza- odwrotny proces endocytozy: usuwanie różnych substancji z komórki. Podczas egzocytozy błona pęcherzyka łączy się z zewnętrzną błoną cytoplazmatyczną, zawartość pęcherzyka jest usuwana na zewnątrz komórki, a jego błona zostaje włączona do zewnętrznej błony cytoplazmatycznej. W ten sposób hormony są wydalane z komórek gruczołów dokrewnych, a u pierwotniaków pozostaje niestrawiony pokarm.

Iść do wykłady numer 5"Teoria komórki. Rodzaje organizacji komórkowej»

Iść do wykłady numer 7„Komórka eukariotyczna: budowa i funkcje organelli”

Wszystkie żywe organizmy, w zależności od budowy komórki, dzielą się na trzy grupy (patrz ryc. 1):

1. Prokarionty (niejądrowe)

2. Eukarioty (jądrowe)

3. Wirusy (niekomórkowe)

Ryż. 1. Żywe organizmy

W tej lekcji zaczniemy badać strukturę komórek organizmów eukariotycznych, do których należą rośliny, grzyby i zwierzęta. Ich komórki są największe i bardziej złożone w porównaniu do komórek prokariotycznych.

Jak wiadomo, komórki są zdolne do niezależnej aktywności. Mogą wymieniać materię i energię z otoczeniem, a także rosnąć i rozmnażać się, więc wewnętrzna struktura komórki jest bardzo złożona i zależy przede wszystkim od funkcji, jaką komórka pełni w organizmie wielokomórkowym.

Zasady budowy wszystkich ogniw są takie same. W każdej komórce eukariotycznej można wyróżnić następujące główne części (patrz ryc. 2):

1. Zewnętrzna błona oddzielająca zawartość komórki od środowiska zewnętrznego.

2. Cytoplazma z organellami.

Ryż. 2. Główne części komórki eukariotycznej

Termin „błona” został zaproponowany około sto lat temu w celu określenia granic komórki, ale wraz z rozwojem mikroskopii elektronowej stało się jasne, że błona komórkowa jest częścią elementów strukturalnych komórki.

W 1959 roku J.D. Robertson sformułował hipotezę elementarnej błony, zgodnie z którą błony komórkowe zwierząt i roślin są zbudowane według tego samego typu.

W 1972 roku została zaproponowana przez Singera i Nicholsona, co jest obecnie powszechnie akceptowane. Zgodnie z tym modelem podstawą każdej błony jest podwójna warstwa fosfolipidów.

W fosfolipidach (związkach zawierających grupę fosforanową) cząsteczki składają się z polarnej głowy i dwóch niepolarnych ogonów (patrz ryc. 3).

Ryż. 3. Fosfolipidy

W dwuwarstwie fosfolipidowej hydrofobowe reszty kwasu tłuszczowego są skierowane do wewnątrz, podczas gdy główki hydrofilowe, w tym reszta kwasu fosforowego, są skierowane na zewnątrz (patrz ryc. 4).

Ryż. 4. Dwuwarstwa fosfolipidowa

Dwuwarstwa fosfolipidowa przedstawiona jest jako struktura dynamiczna, lipidy mogą się przemieszczać, zmieniając swoje położenie.

Podwójna warstwa lipidów pełni funkcję barierową błony, zapobiegając rozprzestrzenianiu się zawartości komórki i przedostawaniu się substancji toksycznych do wnętrza komórki.

Obecność błony granicznej między komórką a otoczeniem była znana na długo przed pojawieniem się mikroskopu elektronowego. Chemicy fizyczni zaprzeczali istnieniu błony plazmatycznej i wierzyli, że istnieje interfejs między żywą zawartością koloidalną a środowiskiem, ale Pfeffer (niemiecki botanik i fizjolog roślin) w 1890 roku potwierdził jej istnienie.

Na początku ubiegłego wieku Overton (brytyjski fizjolog i biolog) odkrył, że szybkość wnikania wielu substancji do erytrocytów jest wprost proporcjonalna do ich rozpuszczalności w tłuszczach. W związku z tym naukowiec zasugerował, że błona zawiera dużą ilość lipidów i substancji, które rozpuszczają się w niej, przechodzą przez nią i znajdują się po drugiej stronie błony.

W 1925 roku Gorter i Grendel (amerykańscy biolodzy) wyizolowali lipidy z błony komórkowej erytrocytów. Powstałe lipidy zostały rozprowadzone na powierzchni wody o grubości jednej cząsteczki. Okazało się, że powierzchnia zajmowana przez warstwę lipidową jest dwukrotnie większa od powierzchni samego erytrocytów. Dlatego naukowcy ci doszli do wniosku, że błona komórkowa składa się nie z jednej, ale z dwóch warstw lipidów.

Dawson i Danielli (biolodzy angielscy) w 1935 roku zasugerowali, że w błonach komórkowych dwucząsteczkowa warstwa lipidowa jest zamknięta pomiędzy dwiema warstwami cząsteczek białka (patrz ryc. 5).

Ryż. 5. Model membranowy zaproponowany przez Dawsona i Danielli

Wraz z pojawieniem się mikroskopu elektronowego stało się możliwe zapoznanie się ze strukturą błony, a następnie stwierdzono, że błony komórek zwierzęcych i roślinnych wyglądają jak struktura trójwarstwowa (patrz ryc. 6).

Ryż. 6. Błona komórkowa pod mikroskopem

W 1959 r. biolog J. D. Robertson, łącząc dostępne wówczas dane, postawił hipotezę dotyczącą budowy „błony elementarnej”, w której postulował budowę wspólną dla wszystkich błon biologicznych.

Postulaty Robertsona dotyczące budowy „membrany elementarnej”

1. Wszystkie membrany mają grubość około 7,5 nm.

2. W mikroskopie elektronowym wszystkie wydają się być trójwarstwowe.

3. Trójwarstwowy widok błony jest wynikiem dokładnie takiego ułożenia białek i polarnych lipidów, jakie zostało przewidziane w modelu Dawsona i Danielliego - środkowa dwuwarstwa lipidowa jest zamknięta pomiędzy dwiema warstwami białka.

Ta hipoteza dotycząca budowy „błony elementarnej” ulegała różnym zmianom, a w 1972 r. została wysunięta przez Płynny model mozaiki membrany(patrz ryc. 7), co jest obecnie ogólnie akceptowane.

Ryż. 7. Płynny model mozaiki membrany

Cząsteczki białek zanurzone w dwuwarstwie lipidowej błony tworzą ruchomą mozaikę. Ze względu na umiejscowienie w błonie oraz sposób interakcji z dwuwarstwą lipidową białka można podzielić na:

- powierzchowny (lub obwodowy) białka błonowe związane z hydrofilową powierzchnią dwuwarstwy lipidowej;

- integralna (membrana) białka osadzone w hydrofobowym regionie dwuwarstwy.

Białka integralne różnią się stopniem zanurzenia w obszarze hydrofobowym dwuwarstwy. Można je całkowicie zanurzyć całka) lub częściowo zanurzony ( półintegralne), a także może przenikać przez błonę ( przezbłonowy).

Białka błonowe można podzielić ze względu na ich funkcje na dwie grupy:

- strukturalny białka. Wchodzą w skład błon komórkowych i biorą udział w utrzymaniu ich struktury.

- dynamiczny białka. Znajdują się one na błonach i uczestniczą w procesach na nich zachodzących.

Istnieją trzy klasy białek dynamicznych.

1. Chwytnik. Za pomocą tych białek komórka odbiera różne wpływy na swojej powierzchni. Oznacza to, że specyficznie wiążą związki, takie jak hormony, neuroprzekaźniki, toksyny na zewnątrz błony, co służy jako sygnał do zmiany różnych procesów wewnątrz komórki lub samej błony.

2. Transport. Białka te transportują określone substancje przez błonę, tworzą również kanały, przez które różne jony są transportowane do iz komórki.

3. Enzymatyczny. Są to białka enzymatyczne, które znajdują się w błonie i biorą udział w różnych procesach chemicznych.

Transport substancji przez błonę

Dwuwarstwy lipidowe są w dużej mierze nieprzepuszczalne dla wielu substancji, dlatego do transportu substancji przez błonę potrzebna jest duża ilość energii, a także wymagane jest tworzenie różnych struktur.

Istnieją dwa rodzaje transportu: pasywny i aktywny.

Transport pasywny

Transport pasywny to ruch cząsteczek wzdłuż gradientu stężeń. Oznacza to, że zależy to tylko od różnicy stężeń przenoszonej substancji po przeciwnych stronach membrany i odbywa się bez wydatku energetycznego.

Istnieją dwa rodzaje transportu biernego:

- prosta dyfuzja(patrz ryc. 8), która zachodzi bez udziału białka błonowego. Mechanizm dyfuzji prostej polega na transbłonowym przenoszeniu gazów (tlen i dwutlenek węgla), wody i niektórych prostych jonów organicznych. Prosta dyfuzja jest powolna.

Ryż. 8. Prosta dyfuzja

- ułatwiona dyfuzja(patrz ryc. 9) różni się od prostego tym, że odbywa się z udziałem białek nośnikowych. Proces ten jest specyficzny i przebiega z większą szybkością niż prosta dyfuzja.

Ryż. 9. Ułatwiona dyfuzja

Znane są dwa rodzaje błonowych białek transportujących: białka nośnikowe (translokazy) i białka tworzące kanały. Białka transportowe wiążą określone substancje i przenoszą je przez błonę zgodnie z ich gradientem stężeń, w związku z czym proces ten, podobnie jak w przypadku prostej dyfuzji, nie wymaga wydatku energii ATP.

Cząstki pokarmu nie mogą przejść przez błonę, dostają się do komórki przez endocytozę (patrz ryc. 10). Podczas endocytozy błona plazmatyczna tworzy inwazje i wyrostki, wychwytuje stałą cząstkę pokarmu. Wokół bolusa pokarmowego tworzy się wakuola (lub pęcherzyk), który następnie odłącza się od błony komórkowej, a cząsteczka stała w wakuoli znajduje się wewnątrz komórki.

Ryż. 10. Endocytoza

Istnieją dwa rodzaje endocytozy.

1. Fagocytoza- wchłanianie cząstek stałych. Nazywa się wyspecjalizowane komórki, które przeprowadzają fagocytozę fagocyty.

2. pinocytoza- absorpcja materiału płynnego (roztwór, roztwór koloidalny, zawiesina).

Egzocytoza(patrz ryc. 11) - proces odwrotny do endocytozy. Substancje syntetyzowane w komórce, takie jak hormony, są pakowane w pęcherzyki błonowe, które pasują do błony komórkowej, są w niej osadzone, a zawartość pęcherzyka jest wyrzucana z komórki. W ten sam sposób komórka może pozbyć się zbędnych produktów przemiany materii.

Ryż. 11. Egzocytoza

transport aktywny

W przeciwieństwie do dyfuzji ułatwionej, transport aktywny to ruch substancji wbrew gradientowi stężeń. W tym przypadku substancje przemieszczają się z obszaru o niższym stężeniu do obszaru o wyższym stężeniu. Ponieważ taki ruch zachodzi w kierunku przeciwnym do normalnej dyfuzji, komórka musi wydatkować energię w tym procesie.

Spośród przykładów transportu aktywnego najlepiej zbadana jest tak zwana pompa sodowo-potasowa. Ta pompa pompuje jony sodu z komórki i pompuje jony potasu do komórki, wykorzystując energię ATP.

1. Strukturalny (błona komórkowa oddziela komórkę od środowiska).

2. Transport (substancje są transportowane przez błonę komórkową, a błona komórkowa jest wysoce selektywnym filtrem).

3. Receptor (receptory znajdujące się na powierzchni błony odbierają wpływy zewnętrzne, przekazują te informacje do komórki, umożliwiając jej szybką reakcję na zmiany środowiskowe).

Oprócz tych wymienionych powyżej, membrana pełni również funkcję metaboliczną i przekształcającą energię.

funkcja metaboliczna

Błony biologiczne bezpośrednio lub pośrednio uczestniczą w procesach przemian metabolicznych substancji w komórce, ponieważ większość enzymów jest związana z błonami.

Środowisko lipidowe enzymów w błonie stwarza określone warunki dla ich funkcjonowania, nakłada ograniczenia na aktywność białek błonowych, a tym samym ma wpływ regulacyjny na procesy metaboliczne.

Funkcja konwersji energii

Najważniejszą funkcją wielu biomembran jest przekształcanie jednej formy energii w inną.

Błony przetwarzające energię obejmują wewnętrzne błony mitochondriów, tylakoidy chloroplastów (patrz ryc. 12).

Ryż. 12. Mitochondria i chloroplasty

Bibliografia

1. Kamensky A.A., Kriksunov EA, Pasechnik V.V. Biologia ogólna 10-11 klasa Drop, 2005.
2. Biologia. klasa 10. Biologia ogólna. Poziom podstawowy / P.V. Iżewski, O.A. Korniłowa, T.E. Loshchilin i inni - wyd. 2, poprawione. - Ventana-Graf, 2010. - 224 strony.
3. Belyaev D.K. Biologia 10-11 kl. Biologia ogólna. Podstawowy poziom. - wyd. 11, stereotyp. - M.: Edukacja, 2012. - 304 s.
4. Agafonova I.B., Zakharova ET, Sivoglazov VI. Biologia 10-11 kl. Biologia ogólna. Podstawowy poziom. - wyd. 6, dodaj. - Drop, 2010. - 384 s.

1. Ayzdorov.ru ().
2. Youtube.com().
3. Doktor-v.ru ().
4. Animals-world.ru ().

Praca domowa

1. Jaka jest budowa błony komórkowej?
2. Jakie są właściwości lipidów do tworzenia błon?
3. Dzięki jakim funkcjom białka mogą uczestniczyć w transporcie substancji przez błonę?
4. Wymień funkcje błony plazmatycznej.
5. Jak odbywa się transport bierny przez błonę?
6. Jak przebiega transport aktywny przez błonę?
7. Jaka jest funkcja pompy sodowo-potasowej?
8. Co to jest fagocytoza, pinocytoza?

Błona komórkowa jest strukturą pokrywającą zewnętrzną część komórki. Jest również nazywany cytolemmą lub plazmolemmą.

Formacja ta zbudowana jest z warstwy bilipidowej (dwuwarstwy) z osadzonymi w niej białkami. Węglowodany tworzące plazmalemę są w stanie związanym.

Rozkład głównych składników plazmalemmy jest następujący: ponad połowa składu chemicznego przypada na białka, jedna czwarta zajmuje fosfolipidy, a jedna dziesiąta to cholesterol.

Błona komórkowa i jej rodzaje

Błona komórkowa jest cienką warstwą, która jest oparta na warstwach lipoprotein i białek.

Według lokalizacji wyróżnia się organelle błonowe, które mają pewne cechy w komórkach roślinnych i zwierzęcych:

• mitochondria;
• jądro;
• retikulum endoplazmatyczne;
• zespół Golgiego;
• lizosomy;
• chloroplasty (w komórkach roślinnych).

Istnieje również wewnętrzna i zewnętrzna (plazmolemma) błona komórkowa.

Struktura błony komórkowej

Błona komórkowa zawiera węglowodany, które ją pokrywają w postaci glikokaliksu. Jest to struktura nadbłonowa pełniąca funkcję barierową. Znajdujące się tu białka są w stanie wolnym. Niezwiązane białka biorą udział w reakcjach enzymatycznych, zapewniając zewnątrzkomórkowy rozkład substancji.

Białka błony cytoplazmatycznej są reprezentowane przez glikoproteiny. Zgodnie ze składem chemicznym izolowane są białka, które są całkowicie zawarte w warstwie lipidowej (w całości) - białka integralne. Również obwodowy, nie docierający do jednej z powierzchni plazmalmy.

Te pierwsze działają jako receptory, wiążąc się z neuroprzekaźnikami, hormonami i innymi substancjami. Białka insercyjne są niezbędne do budowy kanałów jonowych, przez które transportowane są jony i substraty hydrofilowe. Te ostatnie to enzymy katalizujące reakcje wewnątrzkomórkowe.

Podstawowe właściwości błony komórkowej

Dwuwarstwa lipidowa zapobiega przenikaniu wody. Lipidy to związki hydrofobowe obecne w komórce jako fosfolipidy. Grupa fosforanowa jest skierowana na zewnątrz i składa się z dwóch warstw: zewnętrznej, skierowanej do środowiska zewnątrzkomórkowego i wewnętrznej, ograniczającej zawartość wewnątrzkomórkową.

Obszary rozpuszczalne w wodzie nazywane są głowami hydrofilowymi. Miejsca kwasów tłuszczowych są skierowane do wnętrza komórki, w postaci hydrofobowych ogonów. Część hydrofobowa oddziałuje z sąsiednimi lipidami, co zapewnia ich wzajemną przyczepność. Podwójna warstwa ma selektywną przepuszczalność w różnych obszarach.

Tak więc w środku membrana jest nieprzepuszczalna dla glukozy i mocznika, swobodnie przechodzą tu substancje hydrofobowe: dwutlenek węgla, tlen, alkohol. Cholesterol jest ważny, zawartość tego ostatniego określa lepkość błony komórkowej.

Funkcje błony zewnętrznej komórki

Charakterystykę funkcji przedstawiono w skrócie w tabeli:

Jakie znaczenie ma błona komórkowa

Błona komórkowa bierze udział w utrzymaniu homeostazy ze względu na wysoką selektywność substancji wchodzących i wychodzących z komórki (w biologii nazywa się to selektywną przepuszczalnością).

Wyrostki plazmolemmy dzielą komórkę na przedziały (przedziały) odpowiedzialne za wykonywanie określonych funkcji. Specyficznie ułożone membrany, odpowiadające schematowi płynowo-mozaikowemu, zapewniają integralność komórki.