Aké sú hlavné funkcie bunkovej membrány. Bunková (plazmatická) membrána, jej hlavné funkcie

Vonkajšia bunková membrána (plazmalema, cytolema, plazmatická membrána) živočíšnych buniek pokrytá zvonka (t.j. na strane, ktorá nie je v kontakte s cytoplazmou) vrstvou oligosacharidových reťazcov kovalentne naviazaných na membránové proteíny (glykoproteíny) a v menšej miere na lipidy (glykolipidy). Tento sacharidový obal membrány sa nazýva glykokalyx.Účel glykokalyxu ešte nie je veľmi jasný; existuje predpoklad, že táto štruktúra sa zúčastňuje procesov medzibunkového rozpoznávania.

V rastlinných bunkách na vrchnej časti vonkajšej bunkovej membrány je hustá celulózová vrstva s pórmi, cez ktoré prebieha komunikácia medzi susednými bunkami cez cytoplazmatické mostíky.

Bunky huby na vrchu plazmalemy - hustá vrstva chitín.

O baktérie – mureina.

Vlastnosti biologických membrán

1. Schopnosť samostatnej montáže po ničivých nárazoch. Táto vlastnosť je určená fyzikálno-chemickými charakteristikami fosfolipidových molekúl, ktoré sa vo vodnom roztoku spájajú tak, že hydrofilné konce molekúl sa otáčajú smerom von a hydrofóbne konce smerom dovnútra. Proteíny môžu byť začlenené do hotových fosfolipidových vrstiev. Schopnosť sebazostavenia je nevyhnutná na bunkovej úrovni.

2. Polopriepustnosť(selektivita pri prenose iónov a molekúl). Zabezpečuje udržanie stálosti iónového a molekulárneho zloženia v bunke.

3. Tekutosť membrány. Membrány nie sú tuhé štruktúry; neustále kolíšu v dôsledku rotačných a oscilačných pohybov molekúl lipidov a proteínov. To poskytuje vysokú rýchlosť enzymatických a iných chemických procesov v membránach.

4. Fragmenty blán nemajú voľné konce, keďže sú uzavreté v bublinách.

Funkcie vonkajšej bunkovej membrány (plazmalema)

Hlavné funkcie plazmalemy sú nasledovné: 1) bariéra, 2) receptor, 3) výmena, 4) transport.

1. bariérová funkcia. Vyjadruje sa v skutočnosti, že plazmalema obmedzuje obsah bunky, oddeľuje ju od vonkajšieho prostredia a intracelulárne membrány rozdeľujú cytoplazmu na samostatné reakčné bunky. priehradky.

2. funkcia receptora. Jednou z najdôležitejších funkcií plazmalemy je zabezpečiť komunikáciu (spojenie) bunky s vonkajším prostredím prostredníctvom receptorového aparátu prítomného v membránach, ktorý má proteínovú alebo glykoproteínovú povahu. Hlavnou funkciou receptorových formácií plazmalemy je rozpoznávanie vonkajších signálov, vďaka ktorým sú bunky správne orientované a tvoria tkanivá v procese diferenciácie. S funkciou receptora je spojená činnosť rôznych regulačných systémov, ako aj tvorba imunitnej odpovede.

výmenná funkcia je určený obsahom enzýmových proteínov v biologických membránach, ktoré sú biologickými katalyzátormi. Ich aktivita sa mení v závislosti od pH média, teploty, tlaku, koncentrácie substrátu aj samotného enzýmu. Enzýmy určujú intenzitu kľúčových reakcií metabolizmus, ako aj orientácia.

Transportná funkcia membrán. Membrána zabezpečuje selektívny prienik rôznych chemikálií do bunky az bunky do prostredia. Transport látok je nevyhnutný na udržanie vhodného pH v bunke, správnej koncentrácie iónov, čo zabezpečuje účinnosť bunkových enzýmov. Transport dodáva živiny, ktoré slúžia ako zdroj energie, ako aj materiál na tvorbu rôznych bunkových zložiek. Podmieňuje odstraňovanie toxického odpadu z bunky, vylučovanie rôznych užitočných látok a vytváranie iónových gradientov nevyhnutných pre nervovú a svalovú činnosť.Zmeny v rýchlosti prenosu látok môžu viesť k poruchám bioenergetických procesov, metabolizmu voda-soľ. , excitabilita a iné procesy. Korekcia týchto zmien je základom účinku mnohých liekov.

Existujú dva hlavné spôsoby, ktorými látky vstupujú do bunky a von z bunky do vonkajšieho prostredia;

pasívna doprava,

aktívny transport.

Pasívna doprava ide pozdĺž gradientu chemickej alebo elektrochemickej koncentrácie bez vynaloženia energie ATP. Ak molekula transportovanej látky nemá náboj, potom je smer pasívneho transportu určený len rozdielom koncentrácie tejto látky na oboch stranách membrány (chemický koncentračný gradient). Ak je molekula nabitá, tak jej transport je ovplyvnený tak chemickým koncentračným gradientom, ako aj elektrickým gradientom (membránovým potenciálom).

Oba gradienty spolu tvoria elektrochemický gradient. Pasívny transport látok sa môže uskutočniť dvoma spôsobmi: jednoduchou difúziou a uľahčenou difúziou.

S jednoduchou difúziou Ióny solí a voda môžu prenikať cez selektívne kanály. Tieto kanály sú tvorené niektorými transmembránovými proteínmi, ktoré tvoria end-to-end transportné cesty, ktoré sú otvorené trvalo alebo len na krátky čas. Prostredníctvom selektívnych kanálov prenikajú rôzne molekuly, ktorých veľkosť a náboj zodpovedá kanálom.

Existuje aj iný spôsob jednoduchej difúzie – ide o difúziu látok cez lipidovú dvojvrstvu, cez ktorú ľahko prechádzajú látky rozpustné v tukoch a voda. Lipidová dvojvrstva je nepriepustná pre nabité molekuly (ióny) a zároveň nenabité malé molekuly môžu voľne difundovať a čím je molekula menšia, tým rýchlejšie sa transportuje. Pomerne vysoká rýchlosť difúzie vody cez lipidovú dvojvrstvu je spôsobená práve malou veľkosťou jej molekúl a absenciou náboja.

S uľahčenou difúziou na transporte látok sa podieľajú bielkoviny – nosiče, ktoré fungujú na princípe „ping-pongu“. V tomto prípade proteín existuje v dvoch konformačných stavoch: v stave „pong“ sú väzbové miesta transportovanej látky otvorené na vonkajšej strane dvojvrstvy a v stave „ping“ sú rovnaké miesta otvorené na druhej strane. strane. Tento proces je reverzibilný. Z ktorej strany bude väzobné miesto látky v danom čase otvorené, závisí od koncentračného gradientu tejto látky.

Týmto spôsobom prechádzajú cez membránu cukry a aminokyseliny.

Pri uľahčenej difúzii sa rýchlosť transportu látok výrazne zvyšuje v porovnaní s jednoduchou difúziou.

Okrem nosných proteínov sa na uľahčenej difúzii podieľajú aj niektoré antibiotiká, ako je gramicidín a valinomycín.

Pretože zabezpečujú transport iónov, sú tzv ionofóry.

Aktívny transport látok v bunke. Tento druh dopravy je vždy spojený s nákladmi na energiu. Zdrojom energie potrebnej na aktívny transport je ATP. Charakteristickým znakom tohto druhu dopravy je, že sa uskutočňuje dvoma spôsobmi:

s pomocou enzýmov nazývaných ATPázy;

transport v membránovom balení (endocytóza).

AT vonkajšia bunková membrána obsahuje enzýmové proteíny, ako sú ATPázy, ktorých funkciou je zabezpečovať aktívny transport iónov proti koncentračnému gradientu. Keďže zabezpečujú transport iónov, tento proces sa nazýva iónová pumpa.

V živočíšnej bunke existujú štyri hlavné systémy transportu iónov. Tri z nich zabezpečujú prenos cez biologické membrány: Na + a K +, Ca +, H + a štvrtý - prenos protónov počas činnosti mitochondriálneho dýchacieho reťazca.

Príkladom mechanizmu aktívneho transportu iónov je sodíkovo-draselná pumpa v živočíšnych bunkách. V bunke udržiava konštantnú koncentráciu sodíkových a draselných iónov, ktorá sa líši od koncentrácie týchto látok v prostredí: normálne je v bunke menej iónov sodíka ako v prostredí a viac draslíka.

Výsledkom je, že podľa zákonov jednoduchej difúzie má draslík tendenciu opustiť bunku a sodík difunduje do bunky. Na rozdiel od jednoduchej difúzie sodíkovo-draslíková pumpa neustále odčerpáva sodík z bunky a vstrekuje draslík: na tri vyvrhnuté molekuly sodíka pripadajú do bunky dve molekuly draslíka.

Tento transport sodno-draslíkových iónov zabezpečuje ATP-dependentný enzým, ktorý je v membráne lokalizovaný tak, že preniká celou jej hrúbkou.Sodík a ATP vstupujú do tohto enzýmu zvnútra membrány a draslík z membrány. vonku.

K prenosu sodíka a draslíka cez membránu dochádza v dôsledku konformačných zmien, ktorým podlieha ATPáza závislá od sodíka a draslíka, ktorá sa aktivuje, keď sa zvýši koncentrácia sodíka vo vnútri bunky alebo draslíka v prostredí.

Na pohon tohto čerpadla je potrebná hydrolýza ATP. Tento proces zabezpečuje rovnaký enzým ATP-áza závislá od sodíka a draslíka. Zároveň sa viac ako jedna tretina ATP spotrebovaného živočíšnou bunkou v pokoji vynakladá na prácu sodíkovo - draslíkovej pumpy.

Porušenie správneho fungovania sodíkovo - draslíkovej pumpy vedie k rôznym vážnym ochoreniam.

Účinnosť tohto čerpadla presahuje 50%, čo nedosahujú najmodernejšie stroje vytvorené človekom.

Mnoho aktívnych transportných systémov je poháňaných skôr energiou uloženou v iónových gradientoch než priamou hydrolýzou ATP. Všetky fungujú ako kotransportné systémy (uľahčujúce transport zlúčenín s nízkou molekulovou hmotnosťou). Napríklad aktívny transport určitých cukrov a aminokyselín do živočíšnych buniek je určený gradientom sodíkových iónov a čím vyšší je gradient sodíkových iónov, tým väčšia je rýchlosť absorpcie glukózy. Naopak, ak sa koncentrácia sodíka v medzibunkovom priestore výrazne zníži, transport glukózy sa zastaví. V tomto prípade sa sodík musí spojiť s nosným proteínom glukózy závislým od sodíka, ktorý má dve väzbové miesta: jedno pre glukózu a druhé pre sodík. Ióny sodíka prenikajúce do bunky prispievajú k zavedeniu nosného proteínu do bunky spolu s glukózou. Ióny sodíka, ktoré vstúpili do bunky spolu s glukózou, sú odčerpávané ATPázou závislou od sodíka a draslíka, ktorá udržiavaním gradientu koncentrácie sodíka nepriamo riadi transport glukózy.

Preprava látok v membránových obaloch. Veľké molekuly biopolymérov prakticky nedokážu preniknúť cez plazmalemu žiadnym z vyššie opísaných mechanizmov transportu látok do bunky. Sú zachytené bunkou a absorbované v membránovom obale, ktorý je tzv endocytóza. Ten sa formálne delí na fagocytózu a pinocytózu. Zachytávanie pevných častíc bunkou je fagocytóza a tekuté - pinocytóza. Počas endocytózy sa pozorujú tieto štádiá:

príjem absorbovanej látky vďaka receptorom v bunkovej membráne;

invaginácia membrány s tvorbou bubliny (vezikuly);

oddelenie endocytovej vezikuly od membrány s vynaložením energie - tvorba fagozómov a obnovenie integrity membrány;

Fúzia fagozómu s lyzozómom a tvorba fagolyzozómy (tráviaca vakuola) pri ktorých dochádza k tráveniu absorbovaných častíc;

odstránenie nestráveného materiálu vo fagolyzozóme z bunky ( exocytóza).

V ríši zvierat endocytóza je charakteristický spôsob výživy mnohých jednobunkových organizmov (napríklad u améb) a medzi mnohobunkovými organizmami sa tento typ trávenia častíc potravy nachádza v endodermálnych bunkách v coelenterátoch. Pokiaľ ide o cicavce a ľudí, majú retikulo-histio-endoteliálny systém buniek so schopnosťou endocytózy. Príkladmi sú krvné leukocyty a pečeňové Kupfferove bunky. Posledné vystielajú takzvané sínusové kapiláry pečene a zachytávajú rôzne cudzie častice suspendované v krvi. Exocytóza- aj to je spôsob odstránenia z bunky mnohobunkového organizmu ňou vylučovaného substrátu, ktorý je nevyhnutný pre funkciu iných buniek, tkanív a orgánov.

Má hrúbku 8-12 nm, takže je nemožné ho preskúmať svetelným mikroskopom. Štruktúra membrány sa študuje pomocou elektrónového mikroskopu.

Plazmatická membrána je tvorená dvoma vrstvami lipidov - lipidovou vrstvou alebo dvojvrstvou. Každá molekula pozostáva z hydrofilnej hlavy a hydrofóbneho chvosta a v biologických membránach sú lipidy umiestnené s hlavami smerom von a chvostmi dovnútra.

V bilipidovej vrstve je ponorených množstvo proteínových molekúl. Niektoré z nich sú na povrchu membrány (vonkajšie alebo vnútorné), iné prenikajú cez membránu.

Funkcie plazmatickej membrány

Membrána chráni obsah bunky pred poškodením, udržuje tvar bunky, selektívne odovzdáva potrebné látky do bunky a odvádza metabolické produkty a zabezpečuje aj komunikáciu medzi bunkami.

Bariérová, vymedzujúca funkcia membrány poskytuje dvojitú vrstvu lipidov. Nedovoľuje, aby sa obsah bunky šíril, premiešaval s prostredím alebo medzibunkovou tekutinou a zabraňuje prenikaniu nebezpečných látok do bunky.

Množstvo najdôležitejších funkcií cytoplazmatickej membrány sa vykonáva vďaka proteínom, ktoré sú v nej ponorené. Pomocou receptorových proteínov dokáže na svojom povrchu vnímať rôzne podráždenia. Transportné proteíny tvoria najtenšie kanály, ktorými draslík, vápnik a iné ióny malého priemeru prechádzajú do bunky a von z bunky. Bielkoviny – samy o sebe zabezpečujú životne dôležité procesy.

Veľké častice potravy, ktoré nie sú schopné prejsť cez tenké membránové kanály, vstupujú do bunky fagocytózou alebo pinocytózou. Všeobecný názov týchto procesov je endocytóza.

Ako vzniká endocytóza - prenikanie veľkých častíc potravy do bunky

Častica potravy prichádza do kontaktu s vonkajšou membránou bunky a na tomto mieste vzniká invaginácia. Potom sa častica, obklopená membránou, dostane do bunky, vytvorí sa tráviaca a do vytvorenej vezikuly prenikajú tráviace enzýmy.

Biele krvinky, ktoré dokážu zachytiť a stráviť cudzie baktérie, sa nazývajú fagocyty.

V prípade pinocytózy invaginácia membrány nezachytáva pevné častice, ale kvapôčky kvapaliny s látkami rozpustenými v nej. Tento mechanizmus je jednou z hlavných ciest prieniku látok do bunky.

Rastlinné bunky pokryté cez membránu pevnou vrstvou bunkovej steny nie sú schopné fagocytózy.

Reverzný proces endocytózy je exocytóza. Syntetizované látky (napríklad hormóny) sa nabaľujú do membránových vezikúl, približujú sa, sú v nich vložené a obsah vezikuly je vypudzovaný z bunky. Bunka sa tak môže zbaviť aj nepotrebných produktov metabolizmu.

Cytoplazma- povinná časť bunky, uzavretá medzi plazmatickou membránou a jadrom; Delí sa na hyaloplazmu (hlavná látka cytoplazmy), organely (trvalé zložky cytoplazmy) a inklúzie (dočasné zložky cytoplazmy). Chemické zloženie cytoplazmy: základom je voda (60-90% celkovej hmotnosti cytoplazmy), rôzne organické a anorganické zlúčeniny. Cytoplazma je alkalická. Charakteristickým znakom cytoplazmy eukaryotickej bunky je neustály pohyb ( cyklóza). Detekuje sa predovšetkým pohybom bunkových organel, ako sú chloroplasty. Ak sa pohyb cytoplazmy zastaví, bunka odumrie, pretože len v neustálom pohybe môže vykonávať svoje funkcie.

Hyaloplazma ( cytosol) je bezfarebný, slizký, hustý a priehľadný koloidný roztok. Práve v ňom prebiehajú všetky metabolické procesy, zabezpečuje prepojenie jadra a všetkých organel. V závislosti od prevahy kvapalnej časti alebo veľkých molekúl v hyaloplazme sa rozlišujú dve formy hyaloplazmy: sol- tekutejšia hyaloplazma a gél- hustejšia hyaloplazma. Medzi nimi sú možné vzájomné prechody: gél sa zmení na sól a naopak.

Funkcie cytoplazmy:

1. integrácia všetkých komponentov bunky do jedného systému,
2. prostredie pre prechod mnohých biochemických a fyziologických procesov,
3. prostredie pre existenciu a fungovanie organel.

Bunkové steny

Bunkové steny obmedziť eukaryotické bunky. V každej bunkovej membráne možno rozlíšiť aspoň dve vrstvy. Vnútorná vrstva susedí s cytoplazmou a je reprezentovaná plazmatická membrána(synonymá - plazmaléma, bunková membrána, cytoplazmatická membrána), nad ktorými sa vytvára vonkajšia vrstva. V živočíšnej bunke je tenký a tzv glykokalyx(tvoria sa glykoproteínmi, glykolipidmi, lipoproteínmi), v rastlinnej bunke - hustá, tzv. bunková stena(tvorený celulózou).

Všetky biologické membrány majú spoločné štruktúrne znaky a vlastnosti. V súčasnosti všeobecne akceptované fluidná mozaika model membránovej štruktúry. Základom membrány je lipidová dvojvrstva, tvorená prevažne fosfolipidmi. Fosfolipidy sú triglyceridy, v ktorých je jeden zvyšok mastnej kyseliny nahradený zvyškom kyseliny fosforečnej; časť molekuly, v ktorej sa nachádza zvyšok kyseliny fosforečnej, sa nazýva hydrofilná hlava, časti, v ktorých sa nachádzajú zvyšky mastných kyselín, sa nazývajú hydrofóbne chvosty. V membráne sú fosfolipidy usporiadané striktne usporiadaným spôsobom: hydrofóbne chvosty molekúl smerujú k sebe a hydrofilné hlavy smerujú von, smerom k vode.

Okrem lipidov membrána obsahuje proteíny (v priemere ≈ 60 %). Určujú väčšinu špecifických funkcií membrány (transport určitých molekúl, katalýza reakcií, príjem a premena signálov z prostredia atď.). Rozlišujte: 1) periférne proteíny(umiestnené na vonkajšom alebo vnútornom povrchu lipidovej dvojvrstvy), 2) semiintegrálne proteíny(ponorené v lipidovej dvojvrstve do rôznych hĺbok), 3) integrálne alebo transmembránové proteíny(prenikajú membránou cez a cez, pričom sú v kontakte s vonkajším aj vnútorným prostredím bunky). Integrálne proteíny sa v niektorých prípadoch nazývajú kanálikové alebo kanáliky, pretože ich možno považovať za hydrofilné kanály, ktorými polárne molekuly prechádzajú do bunky (lipidová zložka membrány by ich neprepustila).

A - hydrofilná hlava fosfolipidu; C, hydrofóbne konce fosfolipidu; 1 - hydrofóbne oblasti proteínov E a F; 2, hydrofilné oblasti proteínu F; 3 - rozvetvený oligosacharidový reťazec pripojený k lipidu v molekule glykolipidu (glykolipidy sú menej bežné ako glykoproteíny); 4 - rozvetvený oligosacharidový reťazec pripojený k proteínu v molekule glykoproteínu; 5 - hydrofilný kanál (funguje ako pór, cez ktorý môžu prechádzať ióny a niektoré polárne molekuly).

Membrána môže obsahovať uhľohydráty (až 10%). Sacharidovú zložku membrán predstavujú oligosacharidové alebo polysacharidové reťazce spojené s proteínovými molekulami (glykoproteíny) alebo lipidmi (glykolipidy). V zásade sú sacharidy umiestnené na vonkajšom povrchu membrány. Sacharidy zabezpečujú receptorové funkcie membrány. V živočíšnych bunkách tvoria glykoproteíny epimembránový komplex, glykokalyx, hrubý niekoľko desiatok nanometrov. Nachádza sa v ňom veľa bunkových receptorov, s jeho pomocou dochádza k bunkovej adhézii.

Molekuly bielkovín, sacharidov a lipidov sú mobilné, schopné sa pohybovať v rovine membrány. Hrúbka plazmatickej membrány je približne 7,5 nm.

Membránové funkcie

Membrány vykonávajú tieto funkcie:

1. oddelenie bunkového obsahu od vonkajšieho prostredia,
2. regulácia metabolizmu medzi bunkou a prostredím,
3. rozdelenie bunky na kompartmenty ("kompartmenty"),
4. umiestnenie "enzymatických dopravníkov",
5. zabezpečenie komunikácie medzi bunkami v tkanivách mnohobunkových organizmov (adhézia),
6. rozpoznávanie signálu.

Najdôležitejšie vlastnosť membrány- selektívna priepustnosť, t.j. membrány sú vysoko priepustné pre niektoré látky alebo molekuly a slabo (alebo úplne nepriepustné) pre iné. Táto vlastnosť je základom regulačnej funkcie membrán, ktorá zabezpečuje výmenu látok medzi bunkou a vonkajším prostredím. Proces, ktorým látky prechádzajú cez bunkovú membránu, sa nazýva transport látok. Rozlišujte: 1) pasívna doprava- proces prechodu látok bez energie; 2) aktívny transport- proces odovzdávania látok, ktorý súvisí s nákladmi na energiu.

O pasívna doprava látky sa presúvajú z oblasti s vyššou koncentráciou do oblasti s nižšou, t.j. pozdĺž koncentračného gradientu. V každom roztoku sú molekuly rozpúšťadla a rozpustenej látky. Proces pohybu molekúl rozpustenej látky sa nazýva difúzia, pohyb molekúl rozpúšťadla sa nazýva osmóza. Ak je molekula nabitá, jej transport je ovplyvnený elektrickým gradientom. Preto sa často hovorí o elektrochemickom gradiente, ktorý kombinuje oba gradienty. Rýchlosť dopravy závisí od veľkosti stúpania.

Rozlišujú sa tieto druhy pasívnej dopravy: 1) jednoduchá difúzia- transport látok priamo cez lipidovú dvojvrstvu (kyslík, oxid uhličitý); 2) difúzia cez membránové kanály- transport cez proteíny tvoriace kanál (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) uľahčená difúzia- transport látok pomocou špeciálnych transportných proteínov, z ktorých každý je zodpovedný za pohyb určitých molekúl alebo skupín príbuzných molekúl (glukóza, aminokyseliny, nukleotidy); 4) osmóza- transport molekúl vody (vo všetkých biologických systémoch je rozpúšťadlom voda).

Nevyhnutnosť aktívny transport nastáva vtedy, keď je potrebné zabezpečiť prenos molekúl cez membránu proti elektrochemickému gradientu. Tento transport je realizovaný špeciálnymi nosnými proteínmi, ktorých činnosť si vyžaduje energetický výdaj. Zdrojom energie sú molekuly ATP. Aktívny transport zahŕňa: 1) Na + /K + -pumpu (sodno-draslíková pumpa), 2) endocytózu, 3) exocytózu.

Práca Na + /K + -čerpadlo. Pre normálne fungovanie musí bunka udržiavať určitý pomer iónov K + a Na + v cytoplazme a vo vonkajšom prostredí. Koncentrácia K + vo vnútri bunky by mala byť výrazne vyššia ako mimo nej a Na + - naopak. Treba poznamenať, že Na + a K + môžu voľne difundovať cez membránové póry. Na+/K+ pumpa pôsobí proti vyrovnávaniu týchto koncentrácií iónov a aktívne pumpuje Na+ z bunky a K+ do bunky. Na+/K+-pumpa je transmembránový proteín schopný konformačných zmien, takže môže pripojiť K+ aj Na+. Cyklus činnosti Na + /K + -pumpy možno rozdeliť do nasledujúcich fáz: 1) pripojenie Na + z vnútra membrány, 2) fosforylácia proteínu pumpy, 3) uvoľnenie Na + v extracelulárnom prostredí. priestor, 4) pripojenie K + z vonkajšej strany membrány, 5) defosforylácia proteínu pumpy, 6) uvoľnenie K + v intracelulárnom priestore. Sodno-draslíková pumpa spotrebuje takmer tretinu všetkej energie potrebnej pre život bunky. Počas jedného cyklu prevádzky pumpa odčerpá 3Na + z článku a pumpuje 2K +.

Endocytóza- proces absorpcie veľkých častíc a makromolekúl bunkou. Existujú dva typy endocytózy: 1) fagocytóza- zachytávanie a absorpcia veľkých častíc (bunky, časti buniek, makromolekuly) a 2) pinocytóza- zachytávanie a absorpcia tekutého materiálu (roztok, koloidný roztok, suspenzia). Fenomén fagocytózy objavil I.I. Mechnikov v roku 1882. Plazmatická membrána tvorí pri endocytóze invagináciu, jej okraje splývajú a do cytoplazmy sa zašnurujú štruktúry ohraničené od cytoplazmy jedinou membránou. Mnoho prvokov a niektoré leukocyty sú schopné fagocytózy. Pinocytóza sa pozoruje v epiteliálnych bunkách čreva, v endoteli krvných kapilár.

Exocytóza- reverzný proces endocytózy: odstránenie rôznych látok z bunky. Počas exocytózy sa membrána vezikuly spojí s vonkajšou cytoplazmatickou membránou, obsah vezikuly sa odstráni mimo bunky a jej membrána sa začlení do vonkajšej cytoplazmatickej membrány. Z buniek žliaz s vnútornou sekréciou sa tak vylučujú hormóny a v prvokoch zostáva nestrávená potrava.

Ísť do prednáška číslo 5„Bunečná teória. Typy bunkovej organizácie»

Ísť do prednáška číslo 7"Eukaryotická bunka: štruktúra a funkcie organel"

Všetky živé organizmy sa v závislosti od štruktúry bunky delia do troch skupín (pozri obr. 1):

1. Prokaryoty (nejadrové)

2. Eukaryoty (jadrové)

3. Vírusy (nebunkové)

Ryža. 1. Živé organizmy

V tejto lekcii začneme študovať štruktúru buniek eukaryotických organizmov, medzi ktoré patria rastliny, huby a zvieratá. Ich bunky sú najväčšie a zložitejšie v porovnaní s prokaryotickými bunkami.

Ako viete, bunky sú schopné nezávislej činnosti. Môžu si vymieňať hmotu a energiu s prostredím, ako aj rásť a množiť sa, takže vnútorná štruktúra bunky je veľmi zložitá a závisí predovšetkým od funkcie, ktorú bunka plní v mnohobunkovom organizme.

Princípy konštrukcie všetkých buniek sú rovnaké. V každej eukaryotickej bunke možno rozlíšiť tieto hlavné časti (pozri obr. 2):

1. Vonkajšia membrána, ktorá oddeľuje obsah bunky od vonkajšieho prostredia.

2. Cytoplazma s organelami.

Ryža. 2. Hlavné časti eukaryotickej bunky

Termín "membrána" bol navrhnutý asi pred sto rokmi na označenie hraníc bunky, ale s rozvojom elektrónovej mikroskopie sa ukázalo, že bunková membrána je súčasťou štruktúrnych prvkov bunky.

V roku 1959 J. D. Robertson sformuloval hypotézu elementárnej membrány, podľa ktorej sú bunkové membrány zvierat a rastlín postavené podľa rovnakého typu.

V roku 1972 to navrhli Singer a Nicholson, čo je v súčasnosti všeobecne akceptované. Podľa tohto modelu je základom každej membrány dvojitá vrstva fosfolipidov.

Vo fosfolipidoch (zlúčeniny obsahujúce fosfátovú skupinu) sa molekuly skladajú z polárnej hlavy a dvoch nepolárnych chvostov (pozri obr. 3).

Ryža. 3. Fosfolipid

Vo fosfolipidovej dvojvrstve sú zvyšky hydrofóbnych mastných kyselín obrátené dovnútra, zatiaľ čo hydrofilné hlavy, vrátane zvyšku kyseliny fosforečnej, smerujú von (pozri obr. 4).

Ryža. 4. Fosfolipidová dvojvrstva

Fosfolipidová dvojvrstva je prezentovaná ako dynamická štruktúra, lipidy sa môžu pohybovať a meniť svoju polohu.

Dvojitá vrstva lipidov zabezpečuje bariérovú funkciu membrány, bráni šíreniu obsahu bunky a zabraňuje vstupu toxických látok do bunky.

Prítomnosť hraničnej membrány medzi bunkou a prostredím bola známa dávno pred príchodom elektrónového mikroskopu. Fyzikální chemici popierali existenciu plazmatickej membrány a verili, že existuje rozhranie medzi živým koloidným obsahom a prostredím, ale Pfeffer (nemecký botanik a fyziológ rastlín) v roku 1890 potvrdil jej existenciu.

Začiatkom minulého storočia Overton (britský fyziológ a biológ) zistil, že rýchlosť prieniku mnohých látok do erytrocytov je priamo úmerná ich rozpustnosti v lipidoch. V tejto súvislosti vedec navrhol, že membrána obsahuje veľké množstvo lipidov a látok, ktoré sa v nej rozpúšťajú, prechádzajú cez ňu a ocitnú sa na druhej strane membrány.

V roku 1925 Gorter a Grendel (americkí biológovia) izolovali lipidy z bunkovej membrány erytrocytov. Výsledné lipidy boli distribuované po povrchu vody s hrúbkou jednej molekuly. Ukázalo sa, že povrchová plocha obsadená lipidovou vrstvou je dvakrát väčšia ako plocha samotného erytrocytu. Preto títo vedci dospeli k záveru, že bunková membrána pozostáva nie z jednej, ale z dvoch vrstiev lipidov.

Dawson a Danielli (anglickí biológovia) v roku 1935 navrhli, že v bunkových membránach je bimolekulárna lipidová vrstva uzavretá medzi dvoma vrstvami molekúl proteínov (pozri obr. 5).

Ryža. 5. Membránový model navrhnutý Dawsonom a Daniellim

S príchodom elektrónového mikroskopu bolo možné zoznámiť sa so štruktúrou membrány a vtedy sa zistilo, že membrány živočíšnych a rastlinných buniek vyzerajú ako trojvrstvová štruktúra (pozri obr. 6).

Ryža. 6. Bunková membrána pod mikroskopom

V roku 1959 biológ J. D. Robertson skombinovaním vtedy dostupných údajov predložil hypotézu o štruktúre „elementárnej membrány“, v ktorej postuloval štruktúru spoločnú pre všetky biologické membrány.

Robertsonove postuláty o štruktúre "elementárnej membrány"

1. Všetky membrány majú hrúbku približne 7,5 nm.

2. V elektrónovom mikroskope sa všetky zdajú byť trojvrstvové.

3. Trojvrstvový pohľad na membránu je výsledkom presného usporiadania proteínov a polárnych lipidov, ktoré zabezpečil Dawsonov a Danielliho model - centrálna lipidová dvojvrstva je uzavretá medzi dvoma vrstvami proteínu.

Táto hypotéza o štruktúre „elementárnej membrány“ prešla rôznymi zmenami a v roku 1972 ju predložil fluidný mozaikový model membrány(pozri obr. 7), ktorý je teraz všeobecne akceptovaný.

Ryža. 7. Fluidný mozaikový model membrány

Molekuly bielkovín sú ponorené do lipidovej dvojvrstvy membrány, tvoria pohyblivú mozaiku. Podľa ich umiestnenia v membráne a spôsobu, akým interagujú s lipidovou dvojvrstvou, možno proteíny rozdeliť na:

- povrchové (alebo periférne) membránové proteíny spojené s hydrofilným povrchom lipidovej dvojvrstvy;

- integrálny (membránový) proteíny uložené v hydrofóbnej oblasti dvojvrstvy.

Integrálne proteíny sa líšia stupňom ich ponorenia do hydrofóbnej oblasti dvojvrstvy. Môžu byť úplne ponorené integrálne) alebo čiastočne ponorené ( polointegrálny) a môže tiež preniknúť cez membránu cez ( transmembránový).

Membránové proteíny možno rozdeliť do dvoch skupín podľa ich funkcie:

- štrukturálne bielkoviny. Sú súčasťou bunkových membrán a podieľajú sa na udržiavaní ich štruktúry.

- dynamický bielkoviny. Nachádzajú sa na membránach a podieľajú sa na procesoch, ktoré na nich prebiehajú.

Existujú tri triedy dynamických proteínov.

1. Receptor. Pomocou týchto bielkovín bunka vníma rôzne vplyvy na svojom povrchu. To znamená, že špecificky viažu zlúčeniny, ako sú hormóny, neurotransmitery, toxíny na vonkajšej strane membrány, čo slúži ako signál na zmenu rôznych procesov vo vnútri bunky alebo samotnej membrány.

2. Doprava. Tieto proteíny transportujú určité látky cez membránu, tvoria tiež kanály, cez ktoré sú rôzne ióny transportované do a von z bunky.

3. Enzymatické. Ide o enzýmové proteíny, ktoré sa nachádzajú v membráne a podieľajú sa na rôznych chemických procesoch.

Transport látok cez membránu

Lipidové dvojvrstvy sú do značnej miery nepriepustné pre mnohé látky, takže na transport látok cez membránu je potrebné veľké množstvo energie a je potrebná aj tvorba rôznych štruktúr.

Existujú dva druhy dopravy: pasívna a aktívna.

Pasívna doprava

Pasívny transport je pohyb molekúl pozdĺž koncentračného gradientu. To znamená, že je určený iba rozdielom v koncentrácii prenášanej látky na opačných stranách membrány a prebieha bez spotreby energie.

Existujú dva typy pasívnej dopravy:

- jednoduchá difúzia(pozri obr. 8), ku ktorému dochádza bez účasti membránového proteínu. Mechanizmom jednoduchej difúzie je transmembránový prenos plynov (kyslík a oxid uhličitý), vody a niektorých jednoduchých organických iónov. Jednoduchá difúzia je pomalá.

Ryža. 8. Jednoduchá difúzia

- uľahčená difúzia(pozri obr. 9) sa od jednoduchého líši tým, že prebieha za účasti nosných proteínov. Tento proces je špecifický a prebieha vyššou rýchlosťou ako jednoduchá difúzia.

Ryža. 9. Uľahčená difúzia

Sú známe dva typy membránových transportných proteínov: nosné proteíny (translokázy) a proteíny tvoriace kanál. Transportné proteíny viažu špecifické látky a prenášajú ich cez membránu pozdĺž ich koncentračného gradientu, a preto tento proces, ako pri jednoduchej difúzii, nevyžaduje spotrebu energie ATP.

Častice potravy nemôžu prejsť cez membránu, do bunky sa dostávajú endocytózou (pozri obr. 10). Počas endocytózy plazmatická membrána tvorí invaginácie a výrastky, zachytáva pevnú časticu potravy. Okolo bolusu potravy sa vytvorí vakuola (alebo vezikula), ktorá sa potom oddelí od plazmatickej membrány a tuhá častica vo vakuole je vo vnútri bunky.

Ryža. 10. Endocytóza

Existujú dva typy endocytózy.

1. Fagocytóza- absorpcia pevných častíc. Špecializované bunky, ktoré vykonávajú fagocytózu, sa nazývajú fagocyty.

2. pinocytóza- absorpcia tekutého materiálu (roztok, koloidný roztok, suspenzie).

Exocytóza(pozri obr. 11) - proces opačný k endocytóze. Látky syntetizované v bunke, ako sú hormóny, sú zabalené do membránových vezikúl, ktoré zapadajú do bunkovej membrány, sú v nej zapustené a obsah vezikuly je vypudený z bunky. Rovnakým spôsobom sa bunka môže zbaviť nepotrebných produktov metabolizmu.

Ryža. 11. Exocytóza

aktívny transport

Na rozdiel od uľahčenej difúzie je aktívny transport pohyb látok proti koncentračnému gradientu. V tomto prípade sa látky presúvajú z oblasti s nižšou koncentráciou do oblasti s vyššou koncentráciou. Keďže k takémuto pohybu dochádza v opačnom smere ako normálna difúzia, bunka musí pri tomto procese vynaložiť energiu.

Spomedzi príkladov aktívneho transportu je najlepšie študovaná takzvaná sodíkovo-draslíková pumpa. Táto pumpa pumpuje sodíkové ióny von z bunky a pumpuje draselné ióny do bunky pomocou energie ATP.

1. Štrukturálne (bunková membrána oddeľuje bunku od prostredia).

2. Transport (látky sú transportované cez bunkovú membránu a bunková membrána je vysoko selektívny filter).

3. Receptor (receptory umiestnené na povrchu membrány vnímajú vonkajšie vplyvy, prenášajú tieto informácie do bunky, čo jej umožňuje rýchlo reagovať na zmeny prostredia).

Okrem tých, ktoré sú uvedené vyššie, membrána vykonáva aj metabolickú a energiu premieňajúcu funkciu.

metabolická funkcia

Biologické membrány sa priamo alebo nepriamo podieľajú na procesoch metabolických premien látok v bunke, pretože väčšina enzýmov je spojená s membránami.

Lipidové prostredie enzýmov v membráne vytvára určité podmienky pre ich fungovanie, obmedzuje aktivitu membránových proteínov, a tým má regulačný vplyv na metabolické procesy.

Funkcia premeny energie

Najdôležitejšou funkciou mnohých biomembrán je premena jednej formy energie na inú.

Medzi membrány premieňajúce energiu patria vnútorné membrány mitochondrií, tylakoidy chloroplastov (pozri obr. 12).

Ryža. 12. Mitochondrie a chloroplast

Bibliografia

1. Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. Všeobecná biológia Drop 10-11 triedy, 2005.
2. Biológia. 10. ročník Všeobecná biológia. Základná úroveň / P.V. Iževskij, O.A. Kornilová, T.E. Loshchilin a ďalšie - 2. vydanie, revidované. - Ventana-Graf, 2010. - 224 strán.
3. Beljajev D.K. Biológia 10-11 trieda. Všeobecná biológia. Základná úroveň. - 11. vyd., stereotyp. - M.: Vzdelávanie, 2012. - 304 s.
4. Agafonova I.B., Zakharova E.T., Sivoglazov V.I. Biológia 10-11 trieda. Všeobecná biológia. Základná úroveň. - 6. vyd., dod. - Drop, 2010. - 384 s.

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

Domáca úloha

1. Aká je štruktúra bunkovej membrány?
2. Aké sú vlastnosti lipidov na vytváranie membrán?
3. Vďaka akým funkciám sú proteíny schopné podieľať sa na transporte látok cez membránu?
4. Uveďte funkcie plazmatickej membrány.
5. Ako prebieha pasívny transport cez membránu?
6. Ako prebieha aktívny transport cez membránu?
7. Aká je funkcia sodíkovo-draselnej pumpy?
8. Čo je to fagocytóza, pinocytóza?

Bunková membrána je štruktúra, ktorá pokrýva vonkajšiu časť bunky. Nazýva sa tiež cytolema alebo plazmolema.

Táto formácia je postavená z bilipidovej vrstvy (dvojvrstvy) s proteínmi zabudovanými v nej. Sacharidy, ktoré tvoria plazmalemu, sú vo viazanom stave.

Rozdelenie hlavných zložiek plazmalemy je nasledovné: viac ako polovica chemického zloženia pripadá na proteíny, štvrtina je obsadená fosfolipidmi a desatina je cholesterol.

Bunková membrána a jej typy

Bunková membrána je tenký film, ktorý je založený na vrstvách lipoproteínov a proteínov.

Podľa lokalizácie sa rozlišujú membránové organely, ktoré majú niektoré znaky v rastlinných a živočíšnych bunkách:

• mitochondrie;
• jadro;
• endoplazmatické retikulum;
• Golgiho komplex;
• lyzozómy;
• chloroplasty (v rastlinných bunkách).

Existuje aj vnútorná a vonkajšia (plazmolema) bunková membrána.

Štruktúra bunkovej membrány

Bunková membrána obsahuje sacharidy, ktoré ju pokrývajú vo forme glykokalyx. Ide o supramembránovú štruktúru, ktorá plní bariérovú funkciu. Proteíny, ktoré sa tu nachádzajú, sú vo voľnom stave. Neviazané proteíny sa zúčastňujú enzymatických reakcií, ktoré zabezpečujú extracelulárny rozklad látok.

Proteíny cytoplazmatickej membrány sú reprezentované glykoproteínmi. Podľa chemického zloženia sa izolujú proteíny, ktoré sú úplne zahrnuté v lipidovej vrstve (v celom rozsahu) - integrálne proteíny. Tiež periférne, nedosahujúce jeden z povrchov plazmalemy.

Prvé fungujú ako receptory, viažu sa na neurotransmitery, hormóny a iné látky. Inzerčné proteíny sú nevyhnutné pre konštrukciu iónových kanálov, cez ktoré sú transportované ióny a hydrofilné substráty. Posledne menované sú enzýmy, ktoré katalyzujú intracelulárne reakcie.

Základné vlastnosti plazmatickej membrány

Lipidová dvojvrstva zabraňuje prenikaniu vody. Lipidy sú hydrofóbne zlúčeniny prítomné v bunke ako fosfolipidy. Fosfátová skupina je obrátená smerom von a pozostáva z dvoch vrstiev: vonkajšej, smerujúcej do extracelulárneho prostredia, a vnútornej, ohraničujúcej vnútrobunkový obsah.

Oblasti rozpustné vo vode sa nazývajú hydrofilné hlavy. Miesta mastných kyselín sú nasmerované dovnútra bunky vo forme hydrofóbnych chvostov. Hydrofóbna časť interaguje so susednými lipidmi, čo zabezpečuje ich vzájomné spojenie. Dvojitá vrstva má selektívnu priepustnosť v rôznych oblastiach.

Takže v strede je membrána nepriepustná pre glukózu a močovinu, hydrofóbne látky tu voľne prechádzajú: oxid uhličitý, kyslík, alkohol. Dôležitý je cholesterol, jeho obsah určuje viskozitu plazmatickej membrány.

Funkcie vonkajšej membrány bunky

Charakteristiky funkcií sú stručne uvedené v tabuľke:

Aký význam má bunková membrána

Bunková membrána sa podieľa na udržiavaní homeostázy vďaka vysokej selektivite látok vstupujúcich a opúšťajúcich bunku (v biológii sa to nazýva selektívna permeabilita).

Výrastky plazmolemy rozdeľujú bunku na kompartmenty (kompartmenty) zodpovedné za vykonávanie určitých funkcií. Špecificky usporiadané membrány, zodpovedajúce schéme tekutina-mozaika, zabezpečujú integritu bunky.