Błona plazmowa: funkcje, struktura

Komórka długo była definiowana jako strukturalna jednostka wszystkich żywych istot. I to prawda. W końcu miliardy takich struktur, jak cegły, tworzą rośliny i zwierzęta, bakterie i mikroorganizmy, człowiek. Każdy organ, tkanka, system ciała - wszystko zbudowane jest z komórek.

Dlatego bardzo ważne jest poznanie wszystkich subtelności jego wewnętrznej struktury, składu chemicznego i reakcji biochemicznych, które mają miejsce. W tym artykule rozważamy, czym jest membrana plazmowa, funkcje, jakie wykonuje, i strukturę.

Komórki organelli

Organelle są nazywane najmniejszymi częściami strukturalnymi, które są wewnątrz komórki i zapewniają jej strukturę i aktywność. Należą do nich wielu różnych przedstawicieli:

1. Błona plazmatyczna.
2. Jądro i jąderka z materiałem chromosomowym.
3. Cytoplazma z włączeniami.
4. Lizosomy.
5. Mitochondria.
6. EPS (retikulum endoplazmatyczne).
7. Kompleks Golgiego.
8. Ribosomes.
9. Próżniowe i chloroplastyczne, jeśli komórka roślinna.

Każda z tych struktur ma swoją własną złożoną strukturę, jest tworzona przez marynarkę (substancje wysokocząsteczkowe), spełnia ściśle określone funkcje i bierze udział w kompleksie reakcji biochemicznych, które zapewniają żywotną aktywność całego organizmu.

Ogólna struktura membrany

Struktura membrany plazmowej była badana od XVIII wieku. Właśnie wtedy odkryto jej zdolność do selektywnego opuszczania lub opóźniania substancji. Wraz z rozwojem mikroskopii, badanie subtelnej struktury i struktury membrany stało się bardziej możliwe i dlatego dziś prawie wszystko jest na ten temat znane.

Synonimem jego głównej nazwy jest membrana plazmowa. Skład membrany plazmowej jest reprezentowany przez trzy główne typy IUD:

• wiewiórki;
• lipidy;
• węglowodany.

Stosunek tych związków i lokalizacji mogą się różnić w zależności od komórek różnych organizmów (roślin, zwierząt lub bakterii).

Model płynnej mozaiki konstrukcji

Wielu naukowców próbowało spekulować, w jaki sposób lipidy i białka znajdują się w błonie. Jednak dopiero w 1972 roku naukowcy Singer i Nicholson zaproponowali odpowiedni i dziś model odzwierciedlający strukturę błony komórkowej. Nazywa się to płynną mozaiką, a jej istota jest następująca: różne typy lipidów są ułożone w dwie warstwy, orientując się hydrofobowymi końcami cząsteczek do wewnątrz, a hydrofilowymi na zewnątrz. W tym samym czasie cała struktura, podobnie jak mozaika, jest przesiąknięta nierównymi typami cząsteczek białka, a także niewielką ilością heksoz (węglowodanów).

Cały proponowany system ma stałą dynamikę. Białka są zdolne nie tylko do przeniknięcia przez warstwę bilipidową, ale także do zorientowania jednego z boków, osadzenia go w środku. Lub ogólnie swobodnie "chodzić" po membranie, zmieniając lokalizację.

Dowody w obronie i uzasadnienie tej teorii są dane analizy mikroskopowej. W czarno-białych fotografiach warstwy membrany są wyraźnie widoczne, górna i dolna warstwa są jednakowo ciemne, a środek lżejszy. Przeprowadzono również serię eksperymentów, które dowodzą, że warstwy oparte są dokładnie na lipidach i białkach.

Białka błony komórkowej

Jeśli weźmiemy pod uwagę procent lipidów i białek w błonie komórka roślinna, to będzie mniej więcej takie samo - 40/40%. W zwierzęcej plazmalemmie do 60% stanowią białka, w bakteriach - do 50%.

Membrana plazmowa składa się z różnych rodzajów białek, a funkcje każdego z nich są również specyficzne.

1. Cząsteczki obwodowe. Są to białka zorientowane na powierzchni wewnętrznej lub zewnętrznej części dwuwarstwy lipidowej. Główne rodzaje interakcji między strukturą cząsteczki a warstwą są następujące:

• wiązania wodorowe;
• oddziaływania jonowe lub mosty solne;
• przyciąganie elektrostatyczne.

Same białka obwodowe są związkami rozpuszczalnymi w wodzie, więc łatwo je oddzielić od błony komórkowej. Jakie substancje należą do tych struktur? Najbardziej rozpowszechniona i liczna - fibrylarna białkowa spektryna. W masie wszystkich białek błonowych może wynosić nawet do 75% w poszczególnych komórkowych plazma-matach.

Dlaczego są potrzebne i jak od nich zależy błona komórkowa? Funkcje są następujące:

• tworzenie się cytoszkieletu komórki;
• utrzymywanie stałej formy;
• ograniczenie nadmiernej ruchliwości integralnych białek;
• koordynacja i realizacja transportu jonów przez plazmolemmę;
• może być połączony z łańcuchami oligosacharydowymi i uczestniczyć w transdukcji sygnału receptora z i do membrany.

2. Pół-integralne białka. Takie cząsteczki to te, które są zanurzone w dwuwarstwach lipidowych całkowicie lub w połowie, na różnych głębokościach. Przykłady obejmują bakteriorodopsynę, oksydazę cytochromową i inne. Są one również nazywane białkami "zakotwiczonymi", to jest tak, jakby były przyczepione do warstwy. Z czym mogą się zetknąć i dzięki czemu się zakorzenią i są trzymane? Najczęściej ze względu na specjalne cząsteczki, które mogą być mirystynowe lub palmitynowe, izopreny lub sterole. Na przykład w błonie komórkowej zwierząt istnieją częściowo integralne białka związane z cholesterolem. W roślinach i bakteriach takich jeszcze nie znaleziono.

3 Zintegrowane białka. Jeden z najważniejszych w cytrynie plazmy. Są to struktury, które tworzą coś w rodzaju kanałów, które przenikają przez obie warstwy lipidowe. To przez te szlaki wiele cząsteczek dostaje się do komórki, tak że lipidy nie przepuszczają. Dlatego główną rolą integralnych struktur jest tworzenie kanałów jonowych do transportu.

Istnieją dwa rodzaje przenikania lipidów:

• monotopowy - raz;
• polytopowa - w kilku miejscach.

Odmiany integralnych białek obejmują takie jak glikoforyna, proteolipidy, proteoglikany i inne. Wszystkie są nierozpuszczalne w wodzie i ściśle osadzone w warstwie lipidowej, dlatego nie można ich usunąć bez uszkodzenia błony plazmatycznej. Zgodnie z ich strukturą, te globularne białka, ich hydrofobowy koniec znajduje się wewnątrz warstwy lipidowej, a koniec hydrofilowy znajduje się nad nim i może wznieść się ponad całą strukturę. Jakie interakcje zachowują integralne białka w środku? W tym pomaga hydrofobowe przyciąganie rodników kwasu tłuszczowego.

Tak więc istnieje wiele różnych cząsteczek białka, które obejmują błonę plazmatyczną. Strukturę i funkcje tych cząsteczek można połączyć w kilka ogólnych punktów.

1. Strukturalne białka obwodowe.
2. Białka enzymów katalitycznych (pół-integralne i całkowe).
3. Receptor (peryferyjny, integralny).
4. Transport (integralny).

Lipidy Plasmalemma

Ciekła podwójna warstwa lipidowa, która reprezentuje membranę plazmową, może być bardzo ruchliwa. Faktem jest, że różne cząsteczki mogą przenosić się z górnej warstwy na dolną i na odwrót, to znaczy struktura jest dynamiczna. Takie przejścia mają swoją nazwę w nauce - "flip-flop". Powstał z nazwy enzymu, który katalizuje procesy restrukturyzacji cząsteczek w obrębie pojedynczej warstwy lub od góry do dołu iz powrotem, klapazę.

Ilość lipidów zawartych w błonie komórkowej w plazmie jest w przybliżeniu taka sama jak liczba białek. Różnorodność gatunków jest szeroka. Możemy wyróżnić następujące główne grupy:

• fosfolipidy;
• sfingofosfolipidy;
• glikolipidy;
• cholesterol.

Takie cząsteczki, jak glicerofosfolipidy i sfingomieliny należą do pierwszej grupy fosfolipidów. Te cząsteczki stanowią podstawę dwuwarstwy błony. Hydrofobowe końce związków są kierowane do wnętrza warstwy, a hydrofilowe kończą się. Przykłady połączeń:

• fosfatydylocholina;
• fosfatydyloseryna;
• kardiolipina;
• fosfatydyloinozytol;
• sfingomielina;
• fosfatydyloglicerol;
• fosfatydyloetanoloamina.

Aby zbadać te cząsteczki, stosuje się metodę niszczenia warstwy membrany w niektórych częściach fosfolipazy - specjalnego enzymu, który katalizuje proces rozpadu fosfolipidów.

Funkcje wymienionych związków są następujące:

1. Zapewnij ogólną strukturę i strukturę dwuwarstwy błony komórkowej.
2. W kontakcie z białkami na powierzchni i wewnątrz warstwy.
3. Określa się stan skupienia, który będzie miał błona komórkowa komórki w różnych warunkach temperaturowych.
4. Weź udział w ograniczonej przepuszczalności lematu plazmowego dla różnych cząsteczek.
5. Tworzą różne rodzaje interakcji błony komórkowe siebie nawzajem (desmosom, przestrzeń szczelinowa, ciasny kontakt).

Sfingofosfolipidy i glikolipidy błony

Ze względu na swój charakter chemiczny sfingomieliny lub sfingofosfolipidy są pochodnymi sfingozyny aminoalkoholowej. Wraz z fosfolipidami biorą udział w tworzeniu bilipidowej warstwy membrany.

Glikolipidy obejmują glikokaliks - substancję, która w dużej mierze decyduje o właściwościach błony komórkowej. Jest to galaretowaty związek składający się głównie z oligosacharydów. Glycocalyx zajmuje 10% całkowitej masy błony komórkowej. Membrana plazmowa, struktura i funkcje, które wykonuje, są bezpośrednio związane z tą substancją. Na przykład glycocalyx zapewnia:

• funkcja markera membranowego;
• receptor;
• procesy trawienia ciemieniowego cząstek wewnątrz komórki.

Należy zauważyć, że obecność glikokaliksu lipidowego jest typowa tylko dla komórek zwierzęcych, ale nie dla roślin, bakterii i grzybów.

Cholesterol (membrana sterolowa)

Jest ważną częścią dwuwarstwy komórkowej ssaków. W roślinach również nie występuje w bakteriach i grzybach. Z chemicznego punktu widzenia alkohol, cykliczny, monatomiczny.

Podobnie jak inne lipidy, posiada właściwości amfifilowości (obecność hydrofilowego i hydrofobowego końca cząsteczki). W membranie odgrywa ważną rolę jako ogranicznik i dwuwarstwowy regulator przepływu. Zaangażowany w produkcję witaminy D jest współtwórcą formowania hormonów płciowych.

W komórkach roślinnych obecne są fitosterole, które nie biorą udziału w tworzeniu błon zwierzęcych. Według niektórych danych wiadomo, że te substancje zapewniają odporność roślin na niektóre rodzaje chorób.

Błona komórkowa jest utworzona przez cholesterol i inne lipidy w ogólnym kompleksie interakcji.

Węglowodany błonowe

Ta grupa substancji stanowi około 10% całkowitego składu związków błony komórkowej. W prostej postaci nie znaleziono mono-, di-, polisacharydów, ale tylko w postaci glikoprotein i glikolipidów.

Ich zadaniem jest kontrolowanie oddziaływań wewnątrz- i międzykomórkowych, utrzymywanie określonej struktury i pozycji cząsteczek białka w błonie, a także realizacja odbioru.

Główne funkcje membrany plazmowej

Rola jaką odgrywa błona plazmatyczna w komórce jest bardzo duża. Jego funkcje są wieloaspektowe i ważne. Rozważ je bardziej szczegółowo.

1. Ogranicza zawartość komórki ze środowiska i chroni ją przed wpływami zewnętrznymi. Ze względu na obecność błony skład chemiczny cytoplazmy i jej zawartości utrzymuje się na stałym poziomie.
2. Plasmalemma zawiera wiele białek, węglowodanów i lipidów, które dają i wspierają określony kształt komórki.
3. Membrana posiada organelle komórkowe, które nazywa się pęcherzykiem błonowym (bańka).
4. Składnik składowy membrany plazmowej pozwala mu odgrywać rolę "strażnika" komórki, wykonując selektywny transport wewnątrz niej.
5. Receptory, enzymy, substancje biologicznie czynne funkcjonują w komórce i przenikają do niej, współpracują z jej błoną powierzchniową jedynie dzięki białkom błonowym i lipidom.
6. Poprzez plazmalemmę transportowane są nie tylko związki różnego rodzaju, ale także jony ważne dla życia (sód, potas, wapń i inne).
7. Membrana utrzymuje równowagę osmotyczną na zewnątrz i wewnątrz komórki.
8. Za pomocą plazmalemmy, transferu jonów i związków różnych rodzajów, elektronów, hormonów z cytoplazmy do organelli.
9. Poprzez to zachodzi absorpcja światła słonecznego w postaci kwantów i przebudzenie sygnałów wewnątrz komórki.
10. To właśnie ta struktura generuje impulsy działania i odpoczynku.
11. Mechaniczna ochrona ogniwa i jego konstrukcji przed małymi odkształceniami i uderzeniami fizycznymi.
12. Przyczepność komórek, to jest przyczepność i utrzymywanie ich blisko siebie, jest również przeprowadzana przez membranę.

Komosowa plazma i cytoplazma są bardzo blisko ze sobą powiązane. Membrana plazmowa jest w bliskim kontakcie ze wszystkimi substancjami i cząsteczkami, jonami, które przenikają do komórki i są swobodnie zlokalizowane w lepkim środowisku wewnętrznym. Związki te próbują dostać się do wszystkich struktur komórkowych, ale barierą jest właśnie membrana, która może sama w sobie przeprowadzić różne rodzaje transportu. Lub nie pomiń niektórych typów połączeń.

Rodzaje transportu przez barierę komórki

Transport przez błonę plazmową odbywa się na kilka sposobów, które łączy jedna wspólna cecha fizyczna - prawo dyfuzji substancji.

1. Transport pasywny lub dyfuzja i osmoza. Oznacza to swobodny ruch jonów i rozpuszczalnika przez membranę wzdłuż gradientu od regionu o wysokim stężeniu do regionu o niskim stężeniu. Nie wymaga zużycia energii, ponieważ przepływa samoczynnie. Jest to efekt pompy sodowo-potasowej, zmiany tlenu i dwutlenku węgla podczas oddychania, uwalniania glukozy do krwi i tak dalej. Zjawisko ułatwionej dyfuzji jest bardzo powszechne. Proces ten implikuje obecność jakiejkolwiek substancji pomocniczej, która przywiera do pożądanego związku i przeciąga go wzdłuż kanału białka lub przez warstwę lipidową do komórki.
2. Aktywny transport oznacza zużycie energii do absorpcji i wydalania przez membranę. Istnieją dwa główne sposoby: egzocytoza - usuwanie cząsteczek i jonów na zewnątrz. Endocytoza - wychwytywanie i zatrzymywanie w komórkach cząstek stałych i płynnych. Z kolei druga metoda aktywnego transportu obejmuje dwa rodzaje procesu. Fagocytoza, polegająca na połykaniu stałych cząsteczek, substancji, związków i jonów przez membranę pęcherzyka i przenoszeniu ich do wnętrza komórki. W trakcie tego procesu powstają duże pęcherzyki. Z kolei pinocytoza polega na absorbowaniu kropelek cieczy, rozpuszczalników i innych substancji i przenoszeniu ich do wnętrza komórki. Polega na tworzeniu się pęcherzyków o niewielkich rozmiarach.

Oba procesy - pinocytoza i fagocytoza - odgrywają ważną rolę nie tylko w transporcie związków i płynów, ale także w ochronie komórki przed resztkami martwych komórek, mikroorganizmów i szkodliwych związków. Można powiedzieć, że te metody aktywnego transportu są również wariantami immunologicznej ochrony komórki i jej struktur przed różnymi niebezpieczeństwami.