În centrul organizării structurale a celulei este principiul membranei structurii, adică celula este în principal construită din membrane. Toate membranele biologice au caracteristici și proprietăți structurale comune.
În prezent, modelul lichid-mozaic al structurii membranei este în general acceptat.
Compoziția chimică și structura membranei
Baza membranei este o bilatilă lipidică formată în principal de fosfolipide. Lipidele medii ≈40% din compoziția chimică a membranei. În cavele bistratificate ale moleculelor din membrană care se îndreaptă unul spre celălalt, iar capetele polare - în afară, astfel încât suprafața membranei este hidrofilă. Lipidele determină proprietățile de bază ale membranelor.
În plus față de lipide, membrana conține proteine (în medie ≈60%). Ei determină majoritatea funcțiilor specifice ale membranei. Moleculele de proteine nu formează un strat continuu (figura 280). În funcție de locația din membrană distingeți:
Proteinele cu membrană pot efectua diferite funcții:
Membrana poate conține de la 2 până la 10% carbohidrați. Componenta carbohidrat a membranelor este în mod obișnuit reprezentată de lanțuri de oligozaharide sau polizaharide legate de molecule de proteine (glicoproteine) sau lipide (glicolipide). În general, carbohidrații sunt localizați pe suprafața exterioară a membranei. Funcțiile carbohidraților membranei celulare nu sunt pe deplin înțelese, dar se poate spune că ele furnizează funcțiile receptorului membranei.
În celulele animale, glicoproteinele formează un complex supramembranar - glicocalx. având o grosime de câteva zeci de nanometri. Digestia extracelulară are loc în ea, sunt localizați numeroși receptori ai celulei, cu ajutorul ei aparent apare adeziunea celulară.
Moleculele de proteine și lipide sunt mobile, capabile să se deplaseze, în principal în planul membranei. Membranele sunt asimetrice, adică compoziția lipidică și proteică a suprafețelor exterioare și interioare ale membranei este diferită.
Grosimea membranei plasmatice a fost de 7,5 nm.
Membranele celulare joacă un rol important din mai multe motive:
Transportul substanțelor prin membrană
Una dintre funcțiile principale ale membranei este transportul, care asigură schimbul de substanțe între celulă și mediul extern. Membranele au proprietatea unei permeabilități selective, adică sunt foarte permeabile la anumite substanțe sau molecule și sunt puțin permeabile (sau complet impenetrabile) altora. Permeabilitatea membranelor pentru diferite substanțe și depinde de proprietățile moleculelor lor (polaritate, dimensiune, etc.), precum și caracteristicile membranei (stratul lipidic hidrofob interior).
Există diferite mecanisme de transport a substanțelor prin membrană (Figura 281). În funcție de necesitatea utilizării energiei pentru transportul de substanțe, distingeți:
Transportul pasiv se bazează pe diferența de concentrare și de taxe. Cu transportul pasiv, substanțele sunt mutate întotdeauna dintr-o regiune cu o concentrație mai mare într-o zonă cu o concentrație mai mică, adică un gradient. Dacă molecula este încărcată, atunci transportul său electric afectează și gradientul electric. Prin urmare, se spune adesea despre un gradient electrochimic, care combină ambele gradienți împreună. Viteza transportului depinde de magnitudinea gradientului.
Există trei mecanisme principale de transport pasiv:
Difuzia prin canalele de membrană. molecule și ioni (Na + Charged K + Ca2 + Cl -...) Nu se poate trece printr-un strat dublu de lipide prin simpla difuzie, cu toate acestea, ele pătrund prin membrană datorită prezenței în el a proteinelor specifice care formeaza pori de canalizare apa.
proteine de transport, fiecare dintre acestea fiind responsabil de transportul anumitor molecule sau grupuri de molecule înrudite. Ei interacționează cu molecula substanței transferate și o deplasează într-un fel prin membrană. Astfel, zaharurile, aminoacizii, nucleotidele și multe alte molecule polare sunt transportate în celulă.
Necesitatea transportului activ apare atunci când este necesară asigurarea transferului prin membrană a moleculelor împotriva gradientului electrochimic. Acest transport este realizat de proteine transportoare, ale căror activități necesită energie. Sursa de energie este moleculele ATP.
Unul dintre sistemele cele mai studiate de transport activ este pompa de sodiu-potasiu. Concentrația lui K în interiorul celulei este mult mai mare decât în exterior, iar Na este invers. Prin urmare, K trece prin porii de apă ai membranei difuzează pasiv din celulă și Na - în celulă. În același timp, pentru funcționarea normală a celulei este important să se mențină o anumită proporție de ioni K și Na în citoplasmă și în mediul extern. Acest lucru este posibil deoarece membrana, datorită prezenței pompei (Na + K), pompează activ Na din celulă și K în celulă. Pentru a lucra (Na + K) -pump este cheltuit aproape o treime din toată energia necesară pentru viața celulei.
Pompa este o proteină membranară transmembranară specială, capabilă de modificări conformaționale, astfel încât să poată atașa atât elementele K, cât și ionii Na. Pompa ciclului de funcționare (Na + K) este compusă din mai multe faze (Figura 282):
Într-un singur ciclu de funcționare, pompa pompează 3 ioni din celulă și pompează 2 ioni. Această diferență în numărul de ioni transferați se datorează faptului că permeabilitatea membranei pentru ionii K este mai mare decât pentru ionii Na. În consecință, K difuzează mai pasiv din celulă decât Na în celulă.
Endocitoză și exocitoză
Celula are mecanisme prin care poate transporta prin membrană particule mari și macromolecule (Figura 283). Procesul de absorbție a macromoleculelor de către o celulă se numește endocitoză. Atunci când formele invaginatie cu membrana plasmatică endocitoză, marginile sale sunt fuzionează și se produce în citoplasmă vezicule otshnurovyvanie - structuri meshochkopodobnyh citoplasmei delimitate de o singură diafragmă, care face parte din exteriorul membranei citoplasmatice. Există două tipuri de endocitoză:
particule mari (de exemplu, fagocitoza limfocitelor, protozoare etc.);
Exocitoza este procesul de îndepărtare a diferitelor substanțe din celulă. Cu exocitoza, membrana veziculelor (sau vacuolelor), în contact cu membrana citoplasmatică exterioară, se îmbină cu ea. Conținutul veziculei este îndepărtat din orificiul de evacuare și membrana sa este inclusă în membrana citoplasmatică exterioară.