Fungsi membran sel luar
Ciri-ciri fungsi dirangkum secara singkat dalam tabel:
| Fungsi membran | Keterangan |
| Peran penghalang | Plasmalemma melakukan fungsi pelindung, melindungi isi sel dari pengaruh agen asing. Berkat organisasi khusus protein, lipid, karbohidrat, semi-permeabilitas plasmalemma terjamin. |
| Fungsi reseptor | Zat aktif biologis diaktifkan melalui membran sel dalam proses pengikatan reseptor. Dengan demikian, reaksi imun dimediasi melalui pengenalan agen asing oleh aparatus reseptor sel yang terletak pada membran sel. |
| Fungsi transportasi | Kehadiran pori-pori pada plasmalemma memungkinkan Anda mengatur aliran zat ke dalam sel. Proses perpindahan terjadi secara pasif (tanpa konsumsi energi) untuk senyawa dengan berat molekul rendah. Transportasi aktif dikaitkan dengan pengeluaran energi yang dilepaskan selama pemecahan adenosin trifosfat (ATP). Metode ini terjadi untuk transfer senyawa organik. |
| Partisipasi dalam proses pencernaan | Zat disimpan pada membran sel (penyerapan). Reseptor mengikat substrat, memindahkannya ke dalam sel. Sebuah gelembung terbentuk, terletak bebas di dalam sel. Penggabungan, vesikel tersebut membentuk lisosom dengan enzim hidrolitik. |
| Fungsi enzimatik | Enzim adalah komponen penting dari pencernaan intraseluler. Reaksi yang memerlukan partisipasi katalis terjadi dengan partisipasi enzim. |
Tujuan dari membran difusi
Tujuan utama membran superdifusi untuk atap adalah untuk memberikan perlindungan terhadap penetrasi kelembaban internal dan eksternal ke dalam lapisan isolasi termal. Sumber kelembapan ini dapat berupa penguapan internal dan presipitasi. Selain itu, membran difusi yang terletak di penutup atap menyediakan kondisi efektif untuk menghilangkan kelembapan yang telah terakumulasi karena satu dan lain hal. Membran superdifusi dapat dengan yakin disebut sebagai salah satu komponen terpenting dari rangkaian insulasi termal, karena secara tidak langsung membantu mengurangi kehilangan energi panas. Pemilik rumahnya yang hemat, yang tahu banyak tentang menabung, tidak akan pernah memikirkan perlunya atau kekurangannya ketika memutuskan untuk membeli dan selanjutnya memasang membran difusi. Selain itu, biaya bahan ini adalah pasar modern bahan bangunan dengan yakin dapat disebut murni simbolis.
Sifat membran biologis
1.
Kemampuan perakitan sendiri
setelah
pengaruh destruktif. Properti ini
ditentukan oleh fisika-kimia
karakteristik molekul fosfolipid,
yang dikumpulkan dalam larutan air
bersama-sama sehingga ujung hidrofiliknya
molekul berbelok ke luar, dan
hidrofobik - di dalam. Sudah siap
lapisan fosfolipid dapat tertanam
tupai
Memiliki kemampuan untuk merakit sendiri
penting pada tingkat sel
2. Semi permeabel
(selektivitas dalam transmisi ion
dan molekul). Menyediakan pemeliharaan
keteguhan ionik dan molekuler
komposisi di dalam sel.
3. Fluiditas
membran.
Membran bukanlah struktur yang kaku,
mereka terus-menerus berfluktuasi karena
gerakan rotasi dan osilasi
molekul lipid dan protein. Ini menyediakan
kecepatan tinggi proses enzimatik
dan lainnya proses kimia dalam membran.
4. Fragmen
membran tidak memiliki ujung bebas,
karena mereka menutup dalam gelembung.
Apa itu membran superdifusi
Membran difusi adalah bahan khusus yang memiliki struktur dua, tiga atau bahkan empat lapis, yang dasarnya adalah kain non-anyaman. Membran difusi digunakan untuk melindungi lapisan isolasi dari penetrasi uap ke dalam ketebalannya. Selain itu, membran difusi memberikan perlindungan yang sangat baik terhadap air dan angin. Saat membuat atap yang sepenuhnya memenuhi semua persyaratan modern, setiap pengembang pasti akan menemukan konsep seperti “kue atap”. Agar atap dapat menjalankan semua fungsi yang ditugaskan padanya sepanjang masa pakainya, selain penutup atap utama, perlu menggunakan beberapa bahan tambahan, yang meliputi membran superdifusi. Membran superdiffusion dapat digunakan untuk membuat kue atap di zona iklim mana pun di negara kita. Peran lapisan tambahan ini sangatlah penting, karena kehadirannya dapat mengurangi parahnya dampak buruk yang disebabkan oleh kondisi cuaca ekstrim, serta menghilangkan kekurangan dan kesalahan yang timbul akibat pemasangan atap yang tidak tepat.
Struktur membran sel
Membran sel mengandung karbohidrat yang menutupinya dalam bentuk glikokaliks. Ini adalah struktur supra-membran yang melakukan fungsi penghalang. Protein yang terletak di sini berada dalam keadaan bebas. Protein yang tidak terikat berpartisipasi dalam reaksi enzimatik, menyebabkan pemecahan zat ekstraseluler.
Protein membran sitoplasma diwakili oleh glikoprotein. Berdasarkan komposisi kimianya, protein yang seluruhnya termasuk dalam lapisan lipid (sepanjang keseluruhannya) diklasifikasikan sebagai protein integral. Juga perifer, tidak mencapai salah satu permukaan plasmalemma.
Yang pertama berfungsi sebagai reseptor, mengikat neurotransmiter, hormon dan zat lainnya. Protein penyisipan diperlukan untuk pembangunan saluran ion yang melaluinya pengangkutan ion dan substrat hidrofilik terjadi. Yang terakhir adalah enzim yang mengkatalisis reaksi intraseluler.
Keuntungan menggunakan membran superdifusi
Pemilik rumah pribadi yang memutuskan untuk menggunakan membran superdiffusion dalam konstruksi kue atap, dibandingkan dengan pemilik rumah yang menggunakan teknologi tradisional, akan menerima sejumlah keuntungan yang tidak dapat disangkal, di antaranya yang utama adalah sebagai berikut:
- Penggunaan membran superdifusi memungkinkan satu film menggantikan dua film, seperti pelindung hidro dan angin. Kehadiran membran memungkinkan konstruksi struktur tanpa celah ventilasi.
- Pemasangan membran superdifusi diperbolehkan langsung pada permukaan lapisan apa pun, yang memungkinkan insulasi termal diletakkan pada lapisan yang lebih tebal dibandingkan dengan teknologi tradisional. Hasilnya, pemilik rumah menerima peningkatan isolasi termal.
- Penggunaan membran superdiffusion memungkinkan Anda memperpanjang umur bahan isolasi dan struktur atap kayu. Pada saat yang sama, elemen atap kayu dapat dipasang tanpa perlakuan awal dengan senyawa kimia khusus.
- Penggunaan membran superdiffusi dalam pembuatan kue atap secara signifikan mengurangi waktu pemasangan dan biaya terkait.
Sifat dasar membran plasma
Lapisan ganda lipid mencegah penetrasi air. Lipid adalah senyawa hidrofobik yang diwakili dalam sel oleh fosfolipid. Gugus fosfat menghadap ke luar dan terdiri dari dua lapisan: lapisan luar, diarahkan ke lingkungan ekstraseluler, dan lapisan dalam, membatasi isi intraseluler.
Daerah yang larut dalam air disebut kepala hidrofilik. Situs asam lemak diarahkan ke dalam sel, dalam bentuk ekor hidrofobik. Bagian hidrofobik berinteraksi dengan lipid di sekitarnya, yang memastikan keterikatan mereka satu sama lain. Lapisan ganda memiliki permeabilitas selektif di berbagai area.
Jadi, di bagian tengah membran kedap glukosa dan urea, zat hidrofobik lewat dengan bebas di sini: karbon dioksida, oksigen, alkohol
Kolesterol itu penting; kandungan kolesterol menentukan viskositas plasmalemma
Utama satuan struktural organisme hidup - sel, yang merupakan bagian sitoplasma yang berdiferensiasi dan dikelilingi oleh membran sel. Karena sel melakukan banyak fungsi penting, seperti reproduksi, nutrisi, pergerakan, membran harus plastis dan padat.
Sejarah penemuan dan penelitian membran sel
Pada tahun 1925, Grendel dan Gorder berhasil melakukan eksperimen untuk mengidentifikasi “bayangan” sel darah merah, atau membran kosong. Meskipun ada beberapa kesalahan serius, para ilmuwan menemukan lapisan ganda lipid. Pekerjaan mereka dilanjutkan oleh Danielli, Dawson pada tahun 1935, dan Robertson pada tahun 1960. Sebagai hasil kerja bertahun-tahun dan akumulasi argumen, pada tahun 1972 Singer dan Nicholson menciptakan model struktur membran mosaik fluida. Eksperimen dan penelitian lebih lanjut mengkonfirmasi karya para ilmuwan.
Arti
Apa itu membran sel? Kata ini mulai digunakan lebih dari seratus tahun yang lalu; diterjemahkan dari bahasa Latin artinya “film”, “kulit”. Ini adalah bagaimana batas sel ditentukan, yang merupakan penghalang alami antara isi internal dan lingkungan luar. Struktur membran sel menyiratkan semi-permeabilitas, sehingga kelembaban dan nutrisi serta produk pemecahan dapat dengan bebas melewatinya. Cangkang ini dapat disebut sebagai komponen struktural utama organisasi sel.
Mari kita perhatikan fungsi utama membran sel
1. Memisahkan isi internal sel dan komponen lingkungan luar.
2. Membantu menjaga komposisi kimia sel secara konstan.
3. Mengatur metabolisme yang tepat.
4. Menyediakan komunikasi antar sel.
5. Mengenali sinyal.
6. Fungsi perlindungan.
"Cangkang Plasma"
Membran sel luar, juga disebut membran plasma, adalah film ultramikroskopik yang ketebalannya berkisar antara lima hingga tujuh nanomilimeter. Ini terutama terdiri dari senyawa protein, fosfolida, dan air. Film ini elastis, mudah menyerap air, dan dengan cepat mengembalikan integritasnya setelah rusak.
Ia memiliki struktur universal. Membran ini menempati posisi perbatasan, berpartisipasi dalam proses permeabilitas selektif, penghilangan produk peluruhan, dan mensintesisnya. Hubungannya dengan “tetangganya” dan perlindungan yang andal terhadap isi internal dari kerusakan menjadikannya komponen penting dalam hal-hal seperti struktur sel. Membran sel organisme hewan terkadang ditutupi dengan lapisan tipis - glikokaliks, yang meliputi protein dan polisakarida. Sel tumbuhan di luar membran dilindungi oleh dinding sel yang berfungsi sebagai penopang dan mempertahankan bentuk. Komponen utama komposisinya adalah serat (selulosa) - polisakarida yang tidak larut dalam air.
Dengan demikian, membran sel luar mempunyai fungsi perbaikan, perlindungan dan interaksi dengan sel lain.
Struktur membran sel
Ketebalan cangkang bergerak ini bervariasi dari enam hingga sepuluh nanomilimeter. Membran sel suatu sel memiliki komposisi khusus, yang dasarnya adalah lapisan ganda lipid. Ekor hidrofobik, yang inert terhadap air, terletak di bagian dalam, sedangkan kepala hidrofilik, ketika berinteraksi dengan air, menghadap ke luar. Setiap lipid merupakan fosfolipid yang merupakan hasil interaksi zat seperti gliserol dan sphingosine. Kerangka lipid dikelilingi erat oleh protein, yang tersusun dalam lapisan tidak kontinu. Beberapa dari mereka terbenam dalam lapisan lipid, sisanya melewatinya. Akibatnya, terbentuklah daerah yang permeabel terhadap air. Fungsi yang dilakukan oleh protein ini berbeda-beda. Beberapa di antaranya adalah enzim, sisanya adalah protein pengangkut yang membawa berbagai zat dari lingkungan luar ke sitoplasma dan sebaliknya.
Membran sel ditembus dan dihubungkan erat oleh protein integral, dan ikatan dengan protein perifer kurang kuat. Protein ini mempunyai fungsi penting yaitu menjaga struktur membran, menerima dan mengubah sinyal dari lingkungan, mengangkut zat, dan mengkatalisis reaksi yang terjadi pada membran.
Menggabungkan
Dasarnya membran sel mewakili lapisan bimolekuler. Berkat kontinuitasnya, sel memiliki sifat penghalang dan mekanik. Pada berbagai tahap kehidupan, lapisan ganda ini bisa terganggu. Akibatnya, cacat struktural melalui pori-pori hidrofilik terbentuk. Dalam hal ini, semua fungsi komponen seperti membran sel dapat berubah. Inti mungkin terkena pengaruh eksternal.
Properti
Membran sel suatu sel memiliki fitur menarik. Karena fluiditasnya, membran ini bukanlah struktur yang kaku, dan sebagian besar protein dan lipid penyusunnya bergerak bebas pada bidang membran.
Secara umum membran sel tidak simetris sehingga komposisi lapisan protein dan lipidnya bervariasi. Membran plasma pada sel hewan, pada sisi luarnya, terdapat lapisan glikoprotein yang menjalankan fungsi reseptor dan sinyal, serta berperan besar dalam proses penggabungan sel menjadi jaringan. Membran sel bersifat polar, yaitu muatan di luarnya positif dan muatan di dalamnya negatif. Selain semua hal di atas, membran sel memiliki wawasan selektif.
Artinya, selain air, hanya sekelompok molekul dan ion zat terlarut tertentu yang diperbolehkan masuk ke dalam sel. Konsentrasi zat seperti natrium di sebagian besar sel jauh lebih rendah dibandingkan di lingkungan luar. Ion kalium memiliki rasio yang berbeda: jumlahnya di dalam sel jauh lebih tinggi daripada di dalam lingkungan. Dalam hal ini, ion natrium cenderung menembus membran sel, dan ion kalium cenderung dilepaskan ke luar. Dalam keadaan ini, membran menjadi aktif sistem khusus, yang melakukan peran "memompa", meratakan konsentrasi zat: ion natrium dipompa ke permukaan sel, dan ion kalium dipompa ke dalam. Fitur ini adalah salah satu fungsi terpenting membran sel.
Kecenderungan ion natrium dan kalium untuk berpindah ke dalam dari permukaan memainkan peran besar dalam pengangkutan gula dan asam amino ke dalam sel. Dalam proses mengeluarkan ion natrium secara aktif dari sel, membran menciptakan kondisi untuk masuknya glukosa dan asam amino baru ke dalamnya. Sebaliknya, dalam proses transfer ion kalium ke dalam sel, jumlah “pengangkut” produk peluruhan dari dalam sel terisi kembali. lingkungan eksternal.
Bagaimana nutrisi sel terjadi melalui membran sel?
Banyak sel mengambil zat melalui proses seperti fagositosis dan pinositosis. Pada varian pertama, membran luar yang fleksibel menciptakan lekukan kecil di mana partikel yang ditangkap berakhir. Diameter ceruk kemudian menjadi lebih besar hingga partikel yang tertutup memasuki sitoplasma sel. Melalui fagositosis, beberapa protozoa, misalnya amuba, diberi makan, serta sel darah - leukosit dan fagosit. Demikian pula, sel menyerap cairan, yang mengandung nutrisi penting. Fenomena ini disebut pinositosis.
Membran luar berhubungan erat dengan retikulum endoplasma sel.
Banyak jenis komponen jaringan utama yang memiliki tonjolan, lipatan, dan mikrovili pada permukaan membran. Sel tumbuhan di bagian luar cangkang ini ditutupi dengan cangkang lain yang tebal dan terlihat jelas di bawah mikroskop. Serat penyusunnya membantu membentuk dukungan untuk jaringan tanaman, seperti kayu. Sel hewan juga memiliki sejumlah struktur eksternal yang berada di atas membran sel. Mereka secara eksklusif bersifat protektif, contohnya adalah kitin yang terkandung dalam sel integumen serangga.
Selain membran sel, terdapat membran intraseluler. Fungsinya untuk membagi sel menjadi beberapa kompartemen tertutup khusus – kompartemen atau organel, dimana lingkungan tertentu harus dijaga.
Oleh karena itu, tidak mungkin melebih-lebihkan peran komponen unit dasar organisme hidup seperti membran sel. Struktur dan fungsinya menunjukkan perluasan yang signifikan dari total luas permukaan sel dan peningkatan proses metabolisme. Struktur molekul ini terdiri dari protein dan lipid. Memisahkan sel dari lingkungan luar, membran memastikan integritasnya. Dengan bantuannya, koneksi antar sel dipertahankan pada tingkat yang cukup kuat, membentuk jaringan. Dalam hal ini, kita dapat menyimpulkan bahwa membran sel memainkan salah satu peran terpenting dalam sel. Struktur dan fungsi yang dilakukannya berbeda secara radikal dalam sel yang berbeda, bergantung pada tujuannya. Melalui ciri-ciri tersebut, berbagai aktivitas fisiologis membran sel dan perannya dalam keberadaan sel dan jaringan tercapai.
bidang_teks
bidang_teks
panah_ke atas
Sel dipisahkan dari lingkungan internal tubuh oleh sel atau membran plasma.
Membran menyediakan:
1) Penetrasi selektif ke dalam dan ke luar sel molekul dan ion yang diperlukan untuk menjalankan fungsi sel tertentu;
2) Pengangkutan ion secara selektif melintasi membran, mempertahankan perbedaan potensial listrik transmembran;
3) Kekhususan kontak antar sel.
Karena adanya banyak reseptor di membran yang merasakan sinyal kimia - hormon, mediator, dan zat aktif biologis lainnya, ia mampu mengubah aktivitas metabolisme sel. Membran memberikan kekhususan manifestasi imun karena adanya antigen di dalamnya - struktur yang menyebabkan pembentukan antibodi yang secara spesifik dapat mengikat antigen tersebut.
Inti dan organel sel juga dipisahkan dari sitoplasma oleh membran, yang mencegah pergerakan bebas air dan zat terlarut di dalamnya dari sitoplasma ke dalamnya dan sebaliknya. Hal ini menciptakan kondisi untuk pemisahan proses biokimia yang terjadi di berbagai kompartemen di dalam sel.
Struktur membran sel
bidang_teks
bidang_teks
panah_ke atas
Membran sel merupakan struktur elastis dengan ketebalan 7 hingga 11 nm (Gbr. 1.1). Ini terutama terdiri dari lipid dan protein. Dari 40 hingga 90% dari semua lipid adalah fosfolipid - fosfatidilkolin, fosfatidiletanolamin, fosfatidilserin, sfingomielin, dan fosfatidilinositol. Komponen penting dari membran adalah glikolipid, diwakili oleh serebrosida, sulfatida, gangliosida, dan kolesterol.
Beras. 1.1 Organisasi membran.
Struktur dasar membran sel adalah lapisan ganda molekul fosfolipid. Karena interaksi hidrofobik, rantai karbohidrat dari molekul lipid berada berdekatan satu sama lain dalam keadaan memanjang. Kelompok molekul fosfolipid dari kedua lapisan berinteraksi dengan molekul protein yang terbenam dalam membran lipid. Karena sebagian besar komponen lipid bilayer berada dalam keadaan cair, membran memiliki mobilitas dan membuat gerakan seperti gelombang. Bagian-bagiannya, serta protein yang direndam dalam lapisan ganda lipid, dicampur dari satu bagian ke bagian lainnya. Mobilitas (fluiditas) membran sel memudahkan proses pengangkutan zat melintasi membran.
Protein membran sel diwakili terutama oleh glikoprotein. Ada:
protein integral, menembus seluruh ketebalan membran dan
protein perifer, hanya menempel pada permukaan membran, terutama pada bagian dalamnya.
Protein perifer hampir semuanya berfungsi sebagai enzim (asetilkolinesterase, asam dan sutra fosfatase, dll). Tetapi beberapa enzim juga diwakili oleh protein integral - ATPase.
Protein integral menyediakan pertukaran ion selektif melalui saluran membran antara cairan ekstraseluler dan intraseluler, dan juga bertindak sebagai protein yang mengangkut molekul besar.
Reseptor dan antigen membran dapat diwakili oleh protein integral dan perifer.
Protein yang berdekatan dengan membran dari sisi sitoplasma diklasifikasikan sebagai sitoskeleton sel . Mereka dapat menempel pada protein membran.
Jadi, pita protein 3 (nomor pita selama elektroforesis protein) membran eritrosit digabungkan menjadi satu kesatuan dengan molekul sitoskeletal lainnya - spektrin melalui protein ankyrin dengan berat molekul rendah (Gbr. 1.2).
Beras. 1.2 Skema susunan protein pada sitoskeleton dekat membran eritrosit. 1 - spektrin; 2 - ankyrin; 3 - protein pita 3; 4 - pita protein 4.1; 5 - pita protein 4,9; 6 - oligomer aktin; 7 - protein 6; 8 - gpikoforin A; 9 - membran.
Spektrin adalah protein sitoskeletal utama yang membentuk jaringan dua dimensi tempat aktin melekat.
Aktin membentuk mikrofilamen, yang merupakan alat kontraktil sitoskeleton.
Sitoskeleton memungkinkan sel menunjukkan sifat fleksibel-elastis dan memberikan kekuatan tambahan pada membran.
Sebagian besar protein integral adalah glikoprotein. Bagian karbohidratnya menonjol dari membran sel ke luar. Banyak glikoprotein memiliki muatan negatif yang besar karena kandungan asam sialatnya yang signifikan (misalnya molekul glikoforin). Hal ini memberikan permukaan sebagian besar sel dengan muatan negatif, membantu menolak benda bermuatan negatif lainnya. Tonjolan karbohidrat dari glikoprotein adalah pembawa antigen golongan darah, penentu antigenik sel lainnya, dan bertindak sebagai reseptor yang mengikat hormon. Glikoprotein membentuk molekul perekat yang menyebabkan sel menempel satu sama lain, yaitu menutup kontak antar sel.
Fitur metabolisme di membran
bidang_teks
bidang_teks
panah_ke atas
Komponen membran mengalami banyak transformasi metabolik di bawah pengaruh enzim yang terletak pada atau di dalam membrannya. Ini termasuk enzim oksidatif, yang memainkan peran penting dalam modifikasi elemen hidrofobik membran - kolesterol, dll. Dalam membran, ketika enzim - fosfolipase diaktifkan - senyawa aktif biologis - prostaglandin dan turunannya - terbentuk dari asam arakidonat. Sebagai hasil dari aktivasi metabolisme fosfolipid, tromboksan dan leukotrien terbentuk di dalam membran, yang memiliki efek kuat pada adhesi trombosit, proses peradangan, dll.
Proses pembaharuan komponen-komponennya terus menerus terjadi di dalam membran . Dengan demikian, masa hidup protein membran berkisar antara 2 hingga 5 hari. Namun, terdapat mekanisme di dalam sel yang memastikan pengiriman molekul protein yang baru disintesis ke reseptor membran, yang memfasilitasi penggabungan protein ke dalam membran. “Pengenalan” reseptor ini oleh protein yang baru disintesis difasilitasi oleh pembentukan peptida sinyal, yang membantu menemukan reseptor pada membran.
Lipid membran juga dicirikan oleh nilai tukar yang signifikan, yang membutuhkan asam lemak dalam jumlah besar untuk sintesis komponen membran ini.
Kekhasan komposisi lipid membran sel dipengaruhi oleh perubahan lingkungan manusia dan sifat pola makannya.
Misalnya saja peningkatan asam lemak makanan dengan ikatan tak jenuh meningkatkan keadaan cair lipid dalam membran sel berbagai jaringan, menyebabkan perubahan yang menguntungkan dalam rasio fosfolipid terhadap sfingomielin dan lipid terhadap protein untuk fungsi membran sel.
Kelebihan kolesterol dalam membran, sebaliknya, meningkatkan mikroviskositas bilayer molekul fosfolipid, mengurangi laju difusi zat tertentu melalui membran sel.
Makanan yang diperkaya vitamin A, E, C, P meningkatkan metabolisme lipid pada membran eritrosit dan mengurangi mikroviskositas membran. Hal ini meningkatkan deformabilitas sel darah merah, membuatnya lebih mudah untuk bekerja fungsi transportasi(Bab 6).
Defisiensi asam lemak dan kolesterol dalam makanan mengganggu komposisi lipid dan fungsi membran sel.
Misalnya, kekurangan lemak mengganggu fungsi membran neutrofil, sehingga menghambat kemampuannya untuk bergerak dan fagositosis (penangkapan aktif dan penyerapan benda hidup asing mikroskopis dan partikel padat. organisme bersel tunggal atau beberapa sel).
Dalam pengaturan komposisi lipid membran dan permeabilitasnya, pengaturan proliferasi sel Peran penting dimainkan oleh spesies oksigen reaktif yang terbentuk di dalam sel bersamaan dengan reaksi metabolisme normal (oksidasi mikrosomal, dll.).
Spesies oksigen reaktif yang dihasilkan- radikal superoksida (O 2), hidrogen peroksida (H 2 O 2), dll. adalah zat yang sangat reaktif. Substrat utama mereka dalam reaksi oksidasi radikal bebas adalah asam lemak tak jenuh yang merupakan bagian dari fosfolipid membran sel (yang disebut reaksi peroksidasi lipid). Intensifikasi reaksi ini dapat menyebabkan kerusakan pada membran sel, penghalangnya, fungsi reseptor dan metabolisme, modifikasi molekul asam nukleat dan protein, yang menyebabkan mutasi dan inaktivasi enzim.
Dalam kondisi fisiologis, intensifikasi peroksidasi lipid diatur oleh sistem antioksidase sel, diwakili oleh enzim yang menonaktifkan spesies oksigen reaktif - superoksida dismutase, katalase, peroksidase dan zat dengan aktivitas antioksidan - tokoferol (vitamin E), ubiquinone, dll. efek perlindungan yang nyata pada membran sel (efek sitoprotektif) dengan berbagai efek merusak pada tubuh, prostaglandin E dan J2 memiliki, “memadamkan” aktivasi oksidasi radikal bebas. Prostaglandin melindungi mukosa lambung dan hepatosit dari kerusakan kimia, neuron, sel neuroglial, kardiomiosit - dari kerusakan hipoksia, otot rangka - selama aktivitas fisik yang berat. Prostaglandin, dengan mengikat reseptor spesifik pada membran sel, menstabilkan lapisan ganda membran sel dan mengurangi hilangnya fosfolipid oleh membran.
Fungsi reseptor membran
bidang_teks
bidang_teks
panah_ke atas
Sinyal kimia atau mekanik pertama kali dirasakan oleh reseptor membran sel. Konsekuensi dari hal ini adalah modifikasi kimiawi protein membran, yang mengakibatkan aktivasi “pembawa pesan kedua” yang memastikan penyebaran cepat sinyal dalam sel ke genom, enzim, elemen kontraktil, dll.
Transmisi sinyal transmembran dalam sel dapat direpresentasikan secara skematis sebagai berikut:
1) Reseptor, tereksitasi oleh sinyal yang diterima, mengaktifkan protein-protein membran sel. Ini terjadi ketika mereka mengikat guanosin trifosfat (GTP).
2) Interaksi kompleks protein GTP-γ, pada gilirannya, mengaktifkan enzim - prekursor pembawa pesan sekunder, yang terletak di sisi dalam membran.
Prekursor dari salah satu pembawa pesan sekunder, cAMP, yang terbentuk dari ATP, adalah enzim adenilat siklase;
Prekursor pembawa pesan sekunder lainnya - inositol trifosfat dan diacylgliserol, terbentuk dari membran fosfatidilinositol-4,5-difosfat, adalah enzim fosfolipase C. Selain itu, inositol trifosfat memobilisasi pembawa pesan sekunder lain di dalam sel - ion kalsium, yang terlibat dalam hampir semua hal. semua proses pengaturan di dalam sel. Misalnya, inositol trifosfat yang dihasilkan menyebabkan pelepasan kalsium dari retikulum endoplasma dan peningkatan konsentrasinya di sitoplasma, sehingga termasuk berbagai bentuk respons seluler. Dengan bantuan inositol trifosfat dan diacylgliserol, fungsi otot polos dan sel B pankreas diatur oleh asetilkolin, lobus anterior kelenjar pituitari oleh faktor pelepas tirogropin, respon limfosit terhadap antigen, dll.
Di beberapa sel, peran second messenger dimainkan oleh cGMP, yang dibentuk dari GTP dengan bantuan enzim guanylate cyclase. Misalnya, ia berfungsi sebagai pembawa pesan kedua untuk hormon natriuretik di otot polos dinding pembuluh darah. cAMP berfungsi sebagai pembawa pesan sekunder bagi banyak hormon - adrenalin, eritropoietin, dll. (Bab 3).
9.5.1. Salah satu fungsi utama membran adalah partisipasi dalam transfer zat. Proses ini dicapai melalui tiga mekanisme utama: difusi sederhana, difusi terfasilitasi, dan transpor aktif (Gambar 9.10). Ingat fitur yang paling penting mekanisme ini dan contoh zat yang diangkut dalam setiap kasus.
Gambar 9.10. Mekanisme pengangkutan molekul melintasi membran
Difusi sederhana- transfer zat melalui membran tanpa partisipasi mekanisme khusus. Transportasi terjadi sepanjang gradien konsentrasi tanpa konsumsi energi. Melalui difusi sederhana, biomolekul kecil diangkut - H2O, CO2, O2, urea, zat bermolekul rendah hidrofobik. Laju difusi sederhana sebanding dengan gradien konsentrasi.
Difusi yang difasilitasi- transfer zat melintasi membran menggunakan saluran protein atau protein pembawa khusus. Itu dilakukan sepanjang gradien konsentrasi tanpa konsumsi energi. Monosakarida, asam amino, nukleotida, gliserol, dan beberapa ion diangkut. Kinetika saturasi merupakan karakteristik - pada konsentrasi tertentu (jenuh) dari zat yang diangkut, semua molekul pembawa mengambil bagian dalam transfer dan kecepatan pengangkutan mencapai nilai maksimum.
Transportasi aktif- juga memerlukan partisipasi protein transpor khusus, tetapi transpor terjadi melawan gradien konsentrasi dan oleh karena itu memerlukan pengeluaran energi. Dengan mekanisme ini, ion Na+, K+, Ca2+, Mg2+ diangkut melalui membran sel, dan proton diangkut melalui membran mitokondria. Transpor aktif suatu zat dicirikan oleh kinetika saturasi.
9.5.2. Contoh sistem transportasi yang dijalankan transportasi aktif ionnya adalah Na+,K+-adenosin triphosphatase (Na+,K+-ATPase atau Na+,K+-pompa). Protein ini terletak jauh di dalam membran plasma dan mampu mengkatalisis reaksi hidrolisis ATP. Energi yang dilepaskan selama hidrolisis 1 molekul ATP digunakan untuk mentransfer 3 ion Na+ dari sel ke ruang ekstraseluler dan 2 ion K+ dalam arah yang berlawanan (Gambar 9.11). Sebagai hasil kerja Na+,K+-ATPase, terjadi perbedaan konsentrasi antara sitosol sel dan cairan ekstraseluler. Karena perpindahan ion tidak ekuivalen, maka timbul beda potensial listrik. Dengan demikian timbul potensial elektrokimia yang terdiri dari energi beda potensial listrik Δφ dan energi selisih konsentrasi zat ΔC pada kedua sisi membran.
Gambar 9.11. Diagram pompa Na+, K+.
9.5.3. Transportasi partikel dan senyawa dengan berat molekul tinggi melintasi membran
Seiring dengan transportasi bahan organik dan ion dibawa oleh pembawa, terdapat mekanisme yang sangat khusus di dalam sel yang dirancang untuk menyerap senyawa bermolekul tinggi ke dalam sel dan menghilangkan senyawa bermolekul tinggi dari sel tersebut dengan mengubah bentuk biomembran. Mekanisme ini disebut transportasi vesikular.
Gambar 9.12. Jenis transportasi vesikular: 1 - endositosis; 2 - eksositosis.
Selama transfer makromolekul, terjadi pembentukan dan fusi vesikel (vesikel) yang dikelilingi membran secara berurutan. Berdasarkan arah pengangkutan dan sifat zat yang diangkut, jenis-jenis pengangkutan vesikuler dibedakan sebagai berikut:
Endositosis(Gambar 9.12, 1) - perpindahan zat ke dalam sel. Tergantung pada ukuran vesikel yang dihasilkan, ada:
A) pinositosis — penyerapan makromolekul cair dan terlarut (protein, polisakarida, asam nukleat) menggunakan gelembung kecil (diameter 150 nm);
B) fagositosis — penyerapan partikel besar, seperti mikroorganisme atau sisa-sisa sel. Dalam hal ini, terbentuk vesikel besar yang disebut fagosom dengan diameter lebih dari 250 nm.
Pinositosis adalah karakteristik sebagian besar sel eukariotik, sedangkan partikel besar diserap oleh sel khusus - leukosit dan makrofag. Pada tahap pertama endositosis, zat atau partikel teradsorpsi pada permukaan membran; proses ini terjadi tanpa konsumsi energi. Pada tahap selanjutnya, membran dengan zat yang teradsorpsi diperdalam ke dalam sitoplasma; invaginasi lokal yang dihasilkan pada membran plasma terlepas dari permukaan sel, membentuk vesikel, yang kemudian bermigrasi ke dalam sel. Proses ini dihubungkan oleh sistem mikrofilamen dan bergantung pada energi. Vesikel dan fagosom yang masuk ke dalam sel dapat bergabung dengan lisosom. Enzim yang terkandung dalam lisosom memecah zat yang terkandung dalam vesikel dan fagosom menjadi produk dengan berat molekul rendah (asam amino, monosakarida, nukleotida), yang diangkut ke dalam sitosol, di mana zat tersebut dapat digunakan oleh sel.
Eksositosis(Gambar 9.12, 2) - perpindahan partikel dan senyawa besar dari sel. Proses ini, seperti endositosis, terjadi dengan penyerapan energi. Jenis utama eksositosis adalah:
A) sekresi - penghapusan senyawa yang larut dalam air dari sel yang digunakan atau mempengaruhi sel-sel lain dalam tubuh. Hal ini dapat dilakukan baik oleh sel yang tidak terspesialisasi maupun oleh sel kelenjar endokrin, selaput lendir saluran pencernaan, yang disesuaikan untuk sekresi zat yang dihasilkannya (hormon, neurotransmiter, proenzim) tergantung pada kebutuhan spesifik tubuh.
Protein yang disekresikan disintesis pada ribosom yang berhubungan dengan membran retikulum endoplasma kasar. Protein-protein ini kemudian diangkut ke aparatus Golgi, di mana mereka dimodifikasi, dipekatkan, disortir, dan kemudian dikemas menjadi vesikel, yang dilepaskan ke dalam sitosol dan selanjutnya menyatu dengan membran plasma sehingga isi vesikel berada di luar sel.
Tidak seperti makromolekul, partikel kecil yang disekresikan, seperti proton, diangkut keluar sel menggunakan mekanisme difusi terfasilitasi dan transpor aktif.
B) pengeluaran - penghapusan zat-zat yang tidak dapat digunakan dari sel (misalnya, selama eritropoiesis, penghapusan zat mesh dari retikulosit, yang merupakan sisa-sisa organel yang dikumpulkan). Mekanisme ekskresinya tampaknya partikel yang diekskresikan awalnya terperangkap dalam vesikel sitoplasma, yang kemudian menyatu dengan membran plasma.
Cabang biologi yang disebut sitologi mempelajari struktur organisme, serta tumbuhan, hewan, dan manusia. Para ilmuwan telah menemukan bahwa isi sel yang terletak di dalamnya dibangun cukup rumit. Dikelilingi oleh apa yang disebut peralatan permukaan, yang meliputi membran sel luar, struktur supra-membran: glikokaliks dan juga mikrofilamen, pelikula dan mikrotubulus yang membentuk kompleks submembrannya.
Pada artikel ini kita akan mempelajari struktur dan fungsi membran sel luar, yang merupakan bagian dari peralatan permukaan berbagai jenis sel.
Apa fungsi membran sel luar?
Seperti dijelaskan sebelumnya, membran luar adalah bagian dari peralatan permukaan setiap sel, yang berhasil memisahkan isi internalnya dan melindungi organel seluler dari kondisi yang tidak menguntungkan lingkungan eksternal. Fungsi lainnya adalah untuk memastikan metabolisme antara isi sel dan cairan jaringan, sehingga membran sel luar mengangkut molekul dan ion memasuki sitoplasma, dan juga membantu membuang limbah dan zat beracun berlebih dari sel.
Struktur membran sel
Membran, atau membran plasma, berbagai jenis sel sangat berbeda satu sama lain. Terutama, struktur kimia, serta kandungan relatif lipid, glikoprotein, protein di dalamnya dan, karenanya, sifat reseptor yang terletak di dalamnya. Yang eksternal, yang terutama ditentukan oleh komposisi individu glikoprotein, mengambil bagian dalam pengenalan rangsangan lingkungan dan dalam reaksi sel itu sendiri terhadap tindakannya. Beberapa jenis virus dapat berinteraksi dengan protein dan glikolipid membran sel, sehingga mereka menembus ke dalam sel. Virus herpes dan influenza dapat digunakan untuk membangun cangkang pelindungnya.
Dan virus dan bakteri, yang disebut bakteriofag, menempel pada membran sel dan melarutkannya pada titik kontak menggunakan enzim khusus. Kemudian molekul DNA virus masuk ke dalam lubang yang dihasilkan.
Fitur struktur membran plasma eukariota
Ingatlah bahwa membran sel luar menjalankan fungsi transportasi, yaitu perpindahan zat masuk dan keluar ke lingkungan luar. Untuk melaksanakan proses seperti itu, diperlukan struktur khusus. Memang benar, plasmalemma adalah sistem peralatan permukaan yang permanen dan universal. Ini adalah film multilayer tipis (2-10 Nm), namun cukup padat yang menutupi seluruh sel. Strukturnya dipelajari pada tahun 1972 oleh ilmuwan seperti D. Singer dan G. Nicholson, dan mereka juga menciptakan model membran sel fluida-mosaik.
Senyawa kimia utama pembentuknya adalah molekul protein dan fosfolipid tertentu yang tersusun, yang tertanam dalam media lipid cair dan menyerupai mosaik. Jadi, membran sel terdiri dari dua lapisan lipid, “ekor” hidrofobik non-polar terletak di dalam membran, dan kepala hidrofilik polar menghadap sitoplasma sel dan cairan antar sel.
Lapisan lipid ditembus oleh molekul protein besar yang membentuk pori-pori hidrofilik. Melalui merekalah mereka diangkut larutan berair glukosa dan garam mineral. Beberapa molekul protein ditemukan pada permukaan luar dan dalam plasmalemma. Jadi, pada membran sel luar pada sel semua organisme yang mempunyai inti, terdapat molekul karbohidrat yang terikat ikatan kovalen dengan glikolipid dan glikoprotein. Kandungan karbohidrat dalam membran sel berkisar antara 2 hingga 10%.
Struktur plasmalemma organisme prokariotik
Membran sel luar pada prokariota mempunyai fungsi yang mirip dengan membran plasma sel organisme inti, yaitu: persepsi dan transmisi informasi yang berasal dari lingkungan luar, pengangkutan ion dan larutan masuk dan keluar sel, perlindungan sitoplasma dari benda asing. reagen dari luar. Ini dapat membentuk mesosom - struktur yang muncul ketika membran plasma dimasukkan ke dalam sel. Mereka mungkin mengandung enzim yang terlibat dalam reaksi metabolisme prokariota, misalnya replikasi DNA dan sintesis protein.
Mesosom juga mengandung enzim redoks, dan fotosintetik mengandung bakterioklorofil (pada bakteri) dan phycobilin (pada cyanobacteria).
Peran membran luar dalam kontak antar sel
Melanjutkan menjawab pertanyaan tentang fungsi apa yang dilakukan membran sel luar, mari kita membahas perannya. Dalam sel tumbuhan, pori-pori terbentuk di dinding membran sel luar, yang masuk ke lapisan selulosa. Melalui mereka, sitoplasma sel dapat keluar; saluran tipis seperti itu disebut plasmodesmata.
Berkat mereka, hubungan antara sel tumbuhan tetangga menjadi sangat kuat. Pada sel manusia dan hewan, titik kontak antara membran sel yang berdekatan disebut desmosom. Mereka adalah karakteristik sel endotel dan epitel, dan juga ditemukan pada kardiomiosit.
Formasi tambahan plasmalemma
Pahami perbedaannya sel tumbuhan dari hewan, ada baiknya mempelajari ciri-ciri struktural membran plasma mereka, yang bergantung pada fungsi apa yang dilakukan membran sel luar. Di atasnya pada sel hewan terdapat lapisan glikokaliks. Ini dibentuk oleh molekul polisakarida yang terikat dengan protein dan lipid pada membran sel luar. Berkat glikokaliks, terjadi adhesi (menempel) antar sel, yang mengarah pada pembentukan jaringan, oleh karena itu ia mengambil bagian dalam fungsi sinyal plasmalemma - mengenali rangsangan lingkungan.
Bagaimana transpor pasif zat tertentu melalui membran sel dilakukan?
Seperti disebutkan sebelumnya, membran sel luar terlibat dalam proses pengangkutan zat antara sel dan lingkungan luar. Ada dua jenis transpor melalui plasmalemma: transpor pasif (difusi) dan transpor aktif. Yang pertama meliputi difusi, difusi terfasilitasi, dan osmosis. Pergerakan zat sepanjang gradien konsentrasi terutama bergantung pada massa dan ukuran molekul yang melewati membran sel. Misalnya, molekul nonpolar kecil dengan mudah larut di lapisan lipid tengah plasmalemma, melewatinya dan berakhir di sitoplasma.
Molekul besar zat organik menembus sitoplasma dengan bantuan protein pembawa khusus. Mereka memiliki kekhususan spesies dan, ketika bergabung dengan partikel atau ion, secara pasif mentransfernya melintasi membran sepanjang gradien konsentrasi tanpa mengeluarkan energi (transportasi pasif). Proses ini mendasari sifat plasmalemma seperti permeabilitas selektif. Energi sedang berlangsung molekul ATP tidak digunakan, dan sel menyimpannya untuk reaksi metabolisme lainnya.
Transportasi aktif senyawa kimia melalui plasmalemma
Karena membran sel luar memastikan transfer molekul dan ion dari lingkungan luar ke dalam sel dan sebaliknya, produk disimilasi, yaitu racun, dapat dikeluarkan ke luar, yaitu ke dalam cairan antar sel. terjadi melawan gradien konsentrasi dan membutuhkan penggunaan energi dalam bentuk molekul ATP. Ini juga melibatkan protein pembawa yang disebut ATPase, yang juga merupakan enzim.
Contoh transpor tersebut adalah pompa natrium-kalium (ion natrium berpindah dari sitoplasma ke lingkungan luar, dan ion kalium dipompa ke dalam sitoplasma). mampu melakukannya sel epitel usus dan ginjal. Varietas metode transfer ini adalah proses pinositosis dan fagositosis. Jadi, setelah mempelajari fungsi membran sel luar, dapat dipastikan bahwa protista heterotrofik, serta sel organisme hewan tingkat tinggi, misalnya leukosit, mampu melakukan proses pino- dan fagositosis.
Proses bioelektrik pada membran sel
Telah ditetapkan bahwa terdapat perbedaan potensial antara permukaan luar plasmalemma (bermuatan positif) dan lapisan dinding sitoplasma yang bermuatan negatif. Itu disebut potensi istirahat, dan itu melekat pada semua sel hidup. Dan jaringan saraf tidak hanya memiliki potensi istirahat, tetapi juga mampu menghantarkan arus biologis yang lemah, yang disebut proses eksitasi. Membran luar sel saraf-neuron, menerima iritasi dari reseptor, mulai mengubah muatan: ion natrium masuk secara besar-besaran ke dalam sel dan permukaan plasmalemma menjadi elektronegatif. Dan lapisan dekat dinding sitoplasma, karena kelebihan kation, menerima muatan positif. Hal ini menjelaskan mengapa membran sel luar neuron diisi ulang, yang menyebabkan konduksi impuls saraf yang mendasari proses eksitasi.