Funkcje zewnętrznej błony komórkowej
Charakterystykę funkcji przedstawiono w skrócie w tabeli:
| Funkcja membrany | Opis |
| Rola bariery | Plazlemma pełni funkcję ochronną, chroniąc zawartość komórki przed działaniem obcych czynników. Dzięki specjalnej organizacji białek, lipidów i węglowodanów zapewniona jest półprzepuszczalność plazmalemy. |
| Funkcja receptora | Substancje biologicznie czynne ulegają aktywacji poprzez błonę komórkową w procesie wiązania z receptorami. Zatem reakcje immunologiczne zachodzą poprzez rozpoznawanie obcych czynników przez aparat receptorowy komórki zlokalizowany na błonie komórkowej. |
| Funkcja transportowa | Obecność porów w plazmalemie pozwala regulować przepływ substancji do komórki. Proces transferu zachodzi pasywnie (bez zużycia energii) dla związków o niskiej masie cząsteczkowej. Transport aktywny wiąże się z wydatkowaniem energii uwalnianej podczas rozkładu adenozynotrójfosforanu (ATP). Metoda ta ma zastosowanie do przenoszenia związków organicznych. |
| Udział w procesach trawiennych | Substancje odkładają się na błonie komórkowej (sorpcja). Receptory wiążą się z podłożem, przenosząc go do komórki. Tworzy się pęcherzyk, który swobodnie leży wewnątrz komórki. Łącząc się, takie pęcherzyki tworzą lizosomy z enzymami hydrolitycznymi. |
| Funkcja enzymatyczna | Enzymy są niezbędnymi składnikami trawienia wewnątrzkomórkowego. Reakcje wymagające udziału katalizatorów zachodzą przy udziale enzymów. |
Cel membran dyfuzyjnych
Głównym zadaniem membran superdyfuzyjnych do pokryć dachowych jest zapewnienie ochrony przed przenikaniem wilgoci wewnętrznej i zewnętrznej do warstwy termoizolacyjnej. Źródłami tej wilgoci może być wewnętrzne parowanie i opady atmosferyczne. Ponadto membrana dyfuzyjna umieszczona w pokryciu dachowym zapewnia skuteczne warunki do usuwania wilgoci, która z tego czy innego powodu już się zgromadziła. Membranę superdyfuzyjną można śmiało nazwać jednym z najważniejszych elementów obwodu izolacji termicznej, ponieważ pośrednio pomaga zmniejszyć straty energii cieplnej. Oszczędny właściciel własnego domu, który dużo wie o oszczędzaniu, nigdy nie pomyśli o konieczności lub jej braku, decydując się na zakup i późniejszy montaż membrany dyfuzyjnej. Co więcej, koszt tego materiału jest nowoczesny rynek materiały budowlane można śmiało nazwać czysto symbolicznymi.
Właściwości błon biologicznych
1.
Możliwość samodzielnego montażu
Po
destrukcyjne wpływy. Ta nieruchomość
określane metodą fizykochemiczną
charakterystyka cząsteczek fosfolipidów,
które zbiera się w roztworze wodnym
razem tak, że końce są hydrofilowe
cząsteczki zwracają się na zewnątrz i
hydrofobowy - wewnątrz. Już gotowe
można osadzić warstwy fosfolipidowe
wiewiórki
Posiada zdolność do samodzielnego montażu
ważne na poziomie komórkowym
2. Półprzepuszczalny
(selektywność w transmisji jonów
i cząsteczki). Zapewnia konserwację
stałość jonowa i molekularna
skład w komórce.
3. Płynność
membrany.
Membrany nie są sztywnymi konstrukcjami,
stale się zmieniają z powodu
ruchy obrotowe i oscylacyjne
cząsteczki lipidów i białek. To zapewnia
duża prędkość procesów enzymatycznych
i inne procesy chemiczne w membranach.
4. Fragmenty
membrany nie mają wolnych końców,
ponieważ zamykają się w bąbelki.
Co to są membrany superdyfuzyjne
Membrana dyfuzyjna to specjalny materiał, który ma dwu-, trzy-, a nawet czterowarstwową strukturę, której podstawą jest włóknina. Membrany dyfuzyjne służą do zabezpieczenia warstwy izolacyjnej przed wnikaniem par w jej grubość. Membrany dyfuzyjne zapewniają także doskonałą ochronę przed wodą i wiatrem. Tworząc dach w pełni spełniający wszystkie współczesne wymagania, każdy deweloper z pewnością spotka się z taką koncepcją, jak „ciasto dekarskie”. Aby dach spełniał wszystkie przypisane mu funkcje przez cały okres użytkowania, oprócz głównego pokrycia dachowego, konieczne jest zastosowanie niektórych dodatkowe materiały, które obejmują membrany superdyfuzyjne. Membrany superdyfuzyjne można wykorzystać do stworzenia ciasta dachowego w dowolnej strefie klimatycznej naszego kraju. Rola tej dodatkowej warstwy jest niezwykle ważna, gdyż jej obecność pozwala zmniejszyć nasilenie niekorzystnych skutków wywołanych ekstremalnymi warunkami atmosferycznymi, a także wyeliminować niedociągnięcia i błędy, które powstały podczas nieprawidłowego montażu dachu.
Struktura błony komórkowej
Błona komórkowa zawiera węglowodany, które pokrywają ją w postaci glikokaliksu. Jest to struktura ponadbłonowa, która pełni funkcję barierową. Znajdujące się tu białka są w stanie wolnym. Niezwiązane białka biorą udział w reakcjach enzymatycznych, zapewniając zewnątrzkomórkowy rozkład substancji.
Białka błony cytoplazmatycznej reprezentowane są przez glikoproteiny. Na podstawie składu chemicznego białka w całości zawarte w warstwie lipidowej (na całej jej długości) zalicza się do białek integralnych. Również peryferyjne, nie sięgające jednej z powierzchni plazmalemy.
Te pierwsze pełnią funkcję receptorów, wiążąc się z neuroprzekaźnikami, hormonami i innymi substancjami. Białka insercyjne są niezbędne do budowy kanałów jonowych, przez które następuje transport jonów i substratów hydrofilowych. Te ostatnie to enzymy katalizujące reakcje wewnątrzkomórkowe.
Zalety stosowania membran superdyfuzyjnych
Właściciel prywatnego domu, który zdecyduje się na zastosowanie membran superdyfuzyjnych w konstrukcji ciasta dachowego, w porównaniu z właścicielami domów stosującymi tradycyjne technologie, otrzyma szereg niezaprzeczalnych korzyści, wśród których najważniejsze to:
- Zastosowanie membran superdyfuzyjnych pozwala na zastąpienie dwóch folii jedną folią, np. chroniącą przed wodą i wiatrem. Obecność membrany pozwala na budowę konstrukcji bez szczeliny wentylacyjnej.
- Dopuszczalne jest układanie membran superdyfuzyjnych bezpośrednio na powierzchni dowolnej powłoki, co pozwala na ułożenie izolacji termicznej grubszą warstwą w porównaniu do tradycyjnych technologii. W rezultacie właściciel domu otrzymuje lepszą izolację termiczną.
- Zastosowanie membran superdyfuzyjnych pozwala przedłużyć żywotność materiałów izolacyjnych i drewnianych konstrukcji dachowych. Jednocześnie drewniane elementy dachu można montować bez wstępnej obróbki specjalnymi związkami chemicznymi.
- Zastosowanie membran superdyfuzyjnych podczas tworzenia ciasta dachowego znacznie skraca czas montażu i koszty z nim związane.
Podstawowe właściwości błony plazmatycznej
Dwuwarstwa lipidowa zapobiega wnikaniu wody. Lipidy to związki hydrofobowe reprezentowane w komórce przez fosfolipidy. Grupa fosforanowa jest skierowana na zewnątrz i składa się z dwóch warstw: zewnętrznej, skierowanej do środowiska zewnątrzkomórkowego i wewnętrznej, ograniczającej zawartość wewnątrzkomórkową.
Obszary rozpuszczalne w wodzie nazywane są głowami hydrofilowymi. Miejsca kwasów tłuszczowych są kierowane do komórki w postaci hydrofobowych ogonów. Część hydrofobowa oddziałuje z sąsiadującymi lipidami, co zapewnia ich wzajemne połączenie. Podwójna warstwa ma selektywną przepuszczalność w różnych obszarach.
Zatem w środku membrana jest nieprzepuszczalna dla glukozy i mocznika, swobodnie przechodzą tu substancje hydrofobowe: dwutlenek węgla, tlen, alkohol
Ważny jest cholesterol, którego zawartość decyduje o lepkości plazmalemy
Główny jednostka strukturalna organizm żywy - komórka będąca zróżnicowanym odcinkiem cytoplazmy otoczonym błoną komórkową. Ze względu na to, że komórka pełni wiele ważnych funkcji, takich jak rozmnażanie, odżywianie, ruch, błona musi być plastyczna i gęsta.
Historia odkrycia i badań błony komórkowej
W 1925 roku Grendel i Gorder przeprowadzili udany eksperyment mający na celu identyfikację „cieni” czerwonych krwinek, czyli pustych błon. Pomimo kilku poważnych błędów naukowcy odkryli dwuwarstwę lipidową. Ich pracę kontynuowali Danielli, Dawson w 1935 i Robertson w 1960. W wyniku wielu lat pracy i nagromadzenia argumentów, w 1972 roku Singer i Nicholson stworzyli model płynnej mozaiki struktury membrany. Dalsze eksperymenty i badania potwierdziły prace naukowców.
Oznaczający
Co to jest błona komórkowa? Słowo to zaczęto używać ponad sto lat temu; w tłumaczeniu z łaciny oznacza „film”, „skórę”. W ten sposób wyznacza się granicę komórki, która stanowi naturalną barierę pomiędzy zawartością wewnętrzną a środowiskiem zewnętrznym. Struktura błony komórkowej oznacza półprzepuszczalność, dzięki czemu wilgoć, składniki odżywcze i produkty rozkładu mogą swobodnie przez nią przechodzić. Powłokę tę można nazwać głównym elementem strukturalnym organizacji komórkowej.
Rozważmy główne funkcje błony komórkowej
1. Oddziela wewnętrzną zawartość komórki od składników środowiska zewnętrznego.
2. Pomaga w utrzymaniu stałego składu chemicznego komórki.
3. Reguluje prawidłowy metabolizm.
4. Zapewnia komunikację pomiędzy komórkami.
5. Rozpoznaje sygnały.
6. Funkcja ochrony.
„Powłoka plazmowa”
Zewnętrzna błona komórkowa, zwana także błoną plazmatyczną, to ultramikroskopowy film, którego grubość waha się od pięciu do siedmiu nanomilimetrów. Składa się głównie ze związków białkowych, fosfolidów i wody. Folia jest elastyczna, łatwo wchłania wodę, a po uszkodzeniu szybko przywraca swoją integralność.
Ma uniwersalną strukturę. Błona ta zajmuje pozycję graniczną, bierze udział w procesie selektywnej przepuszczalności, usuwaniu produktów rozpadu i ich syntezie. Związek z „sąsiadami” i niezawodna ochrona zawartości wewnętrznej przed uszkodzeniem sprawia, że jest on ważnym elementem w takich kwestiach, jak budowa ogniwa. Błona komórkowa organizmów zwierzęcych jest czasami pokryta cienką warstwą - glikokaliksem, który zawiera białka i polisacharydy. Komórki roślinne na zewnątrz błony są chronione przez ścianę komórkową, która służy jako podpora i utrzymuje kształt. Głównym składnikiem jego składu jest błonnik (celuloza) – polisacharyd nierozpuszczalny w wodzie.
Zatem zewnętrzna błona komórkowa pełni funkcję naprawy, ochrony i interakcji z innymi komórkami.
Struktura błony komórkowej
Grubość tej ruchomej skorupy waha się od sześciu do dziesięciu nanomilimetrów. Błona komórkowa komórki ma specjalny skład, którego podstawą jest dwuwarstwa lipidowa. Ogony hydrofobowe, obojętne na wodę, znajdują się po wewnętrznej stronie, natomiast główki hydrofilowe, oddziałujące z wodą, skierowane są na zewnątrz. Każdy lipid jest fosfolipidem, który powstał w wyniku oddziaływania substancji takich jak glicerol i sfingozyna. Szkielet lipidowy jest ściśle otoczony białkami, które są ułożone w nieciągłą warstwę. Część z nich zanurzona jest w warstwie lipidowej, reszta przez nią przechodzi. W efekcie powstają obszary przepuszczalne dla wody. Funkcje pełnione przez te białka są różne. Część z nich to enzymy, reszta to białka transportowe, które przenoszą różne substancje ze środowiska zewnętrznego do cytoplazmy i z powrotem.
Błona komórkowa jest przenikana i ściśle połączona przez białka integralne, a połączenie z białkami obwodowymi jest słabsze. Białka te pełnią ważną funkcję, jaką jest utrzymanie struktury błony, odbieranie i przetwarzanie sygnałów z otoczenia, transport substancji oraz katalizowanie reakcji zachodzących na błonach.
Mieszanina
Podstawa błona komórkowa reprezentuje warstwę dwucząsteczkową. Dzięki swojej ciągłości komórka posiada właściwości barierowe i mechaniczne. Na różnych etapach życia ta dwuwarstwa może zostać zakłócona. W efekcie powstają defekty strukturalne porów hydrofilowych. W takim przypadku mogą zmienić się absolutnie wszystkie funkcje takiego składnika, jak błona komórkowa. Rdzeń może cierpieć z powodu wpływów zewnętrznych.
Właściwości
Błona komórkowa komórki ma ciekawe funkcje. Ze względu na swoją płynność membrana ta nie jest sztywną strukturą, a większość tworzących ją białek i lipidów porusza się swobodnie po płaszczyźnie membrany.
Ogólnie rzecz biorąc, błona komórkowa jest asymetryczna, dlatego skład warstw białkowych i lipidowych jest różny. Błony plazmatyczne w komórkach zwierzęcych posiadają od zewnętrznej strony warstwę glikoproteinową, która pełni funkcje receptorowe i sygnalizacyjne, a także odgrywa dużą rolę w procesie łączenia komórek w tkankę. Błona komórkowa jest polarna, co oznacza, że ładunek na zewnątrz jest dodatni, a ładunek wewnątrz jest ujemny. Oprócz wszystkich powyższych, błona komórkowa ma selektywny wgląd.
Oznacza to, że oprócz wody do komórki wpuszczana jest tylko pewna grupa cząsteczek i jonów rozpuszczonych substancji. Stężenie substancji takiej jak sód w większości komórek jest znacznie niższe niż w środowisku zewnętrznym. Jony potasu mają inny stosunek: ich ilość w komórce jest znacznie większa niż w środowisko. Pod tym względem jony sodu mają tendencję do przenikania przez błonę komórkową, a jony potasu mają tendencję do uwalniania na zewnątrz. W tych okolicznościach membrana aktywuje się specjalny system, który pełni rolę „pompującą”, wyrównując stężenie substancji: jony sodu pompowane są na powierzchnię komórki, a jony potasu do wnętrza. Ta cecha jest jedną z najważniejszych funkcji błony komórkowej.
Ta tendencja jonów sodu i potasu do przemieszczania się do wewnątrz z powierzchni odgrywa dużą rolę w transporcie cukru i aminokwasów do komórki. W procesie aktywnego usuwania jonów sodu z komórki błona stwarza warunki dla nowego pobrania glukozy i aminokwasów do jej wnętrza. Przeciwnie, w procesie przenoszenia jonów potasu do komórki uzupełniana jest liczba „transporterów” produktów rozpadu z wnętrza komórki środowisko zewnętrzne.
W jaki sposób odżywianie komórek odbywa się przez błonę komórkową?
Wiele komórek pobiera substancje w procesach takich jak fagocytoza i pinocytoza. W pierwszym wariancie elastyczna membrana zewnętrzna tworzy niewielkie wgłębienie, w którym trafia wychwycona cząstka. Średnica wnęki staje się wówczas większa, aż zamknięta cząstka przedostanie się do cytoplazmy komórki. Poprzez fagocytozę odżywiają się niektóre pierwotniaki, takie jak ameby, a także komórki krwi - leukocyty i fagocyty. Podobnie komórki wchłaniają płyn zawierający niezbędne składniki odżywcze. Zjawisko to nazywa się pinocytozą.
Błona zewnętrzna jest ściśle połączona z siateczką śródplazmatyczną komórki.
Wiele rodzajów głównych składników tkanki ma wypukłości, fałdy i mikrokosmki na powierzchni błony. Komórki roślinne na zewnątrz tej skorupy pokryte są inną, grubą i dobrze widoczną pod mikroskopem. Włókno, z którego są wykonane, stanowi podporę dla tkanek roślinnych, takich jak drewno. Komórki zwierzęce mają również szereg struktur zewnętrznych, które znajdują się na błonie komórkowej. Mają wyłącznie charakter ochronny, czego przykładem jest chityna zawarta w komórkach powłokowych owadów.
Oprócz błony komórkowej istnieje błona wewnątrzkomórkowa. Jego funkcją jest podzielenie komórki na kilka wyspecjalizowanych zamkniętych przedziałów - przedziałów lub organelli, w których należy zachować określone środowisko.
Nie sposób zatem przecenić roli takiego składnika podstawowej jednostki żywego organizmu, jak błona komórkowa. Struktura i funkcje sugerują znaczne powiększenie całkowitej powierzchni komórki i poprawę procesów metabolicznych. Ta struktura molekularna składa się z białek i lipidów. Odgradzając komórkę od środowiska zewnętrznego, membrana zapewnia jej integralność. Z jego pomocą połączenia międzykomórkowe utrzymują się na dość silnym poziomie, tworząc tkanki. W związku z tym możemy stwierdzić, że błona komórkowa odgrywa jedną z najważniejszych ról w komórce. Struktura i funkcje przez nią pełnione różnią się radykalnie w różnych komórkach, w zależności od ich przeznaczenia. Dzięki tym cechom osiąga się różnorodne czynności fizjologiczne błon komórkowych i ich rolę w istnieniu komórek i tkanek.
pola tekstowe
pola tekstowe
strzałka_w górę
Komórki są oddzielone od środowiska wewnętrznego organizmu błoną komórkową lub plazmatyczną.
Membrana zapewnia:
1) Selektywne przenikanie do i z komórki cząsteczek i jonów niezbędnych do pełnienia określonych funkcji komórkowych;
2) Selektywny transport jonów przez błonę, utrzymując przezbłonową różnicę potencjałów elektrycznych;
3) Specyfika kontaktów międzykomórkowych.
Dzięki obecności w błonie licznych receptorów odbierających sygnały chemiczne – hormonów, mediatorów i innych substancji biologicznie czynnych, jest w stanie zmieniać aktywność metaboliczną komórki. Błony zapewniają swoistość objawów immunologicznych ze względu na obecność na nich antygenów - struktur powodujących powstawanie przeciwciał, które mogą specyficznie wiązać się z tymi antygenami.
Jądro i organelle komórki są również oddzielone od cytoplazmy błonami, które uniemożliwiają swobodny przepływ wody i rozpuszczonych w niej substancji z cytoplazmy do nich i odwrotnie. Stwarza to warunki do rozdzielenia procesów biochemicznych zachodzących w różnych przedziałach wewnątrz komórki.
Struktura błony komórkowej
pola tekstowe
pola tekstowe
strzałka_w górę
Błona komórkowa jest strukturą elastyczną o grubości od 7 do 11 nm (ryc. 1.1). Składa się głównie z lipidów i białek. Od 40 do 90% wszystkich lipidów stanowią fosfolipidy - fosfatydylocholina, fosfatydyloetanoloamina, fosfatydyloseryna, sfingomielina i fosfatydyloinozytol. Ważnym składnikiem błony są glikolipidy, reprezentowane przez cerebrozydy, sulfatydy, gangliozydy i cholesterol.
Ryż. 1.1 Organizacja membrany.
Podstawowa budowa błony komórkowej jest podwójną warstwą cząsteczek fosfolipidów. W wyniku oddziaływań hydrofobowych łańcuchy węglowodanowe cząsteczek lipidów są utrzymywane blisko siebie w stanie wydłużonym. Grupy cząsteczek fosfolipidów obu warstw oddziałują z cząsteczkami białka zanurzonymi w błonie lipidowej. Dzięki temu, że większość składników lipidowych dwuwarstwy znajduje się w stanie ciekłym, błona jest ruchliwa i wykonuje ruchy falowe. Jego sekcje, a także białka zanurzone w dwuwarstwie lipidowej, są mieszane z jednej części do drugiej. Mobilność (płynność) błon komórkowych ułatwia procesy transportu substancji przez błonę.
Białka błon komórkowych reprezentowane są głównie przez glikoproteiny. Tam są:
białka integralne, przenikając przez całą grubość membrany i
białka obwodowe, przyczepiony wyłącznie do powierzchni membrany, głównie do jej wewnętrznej części.
Białka obwodowe prawie wszystkie działają jako enzymy (acetylocholinoesteraza, fosfatazy kwasowe i jedwabne itp.). Ale niektóre enzymy są również reprezentowane przez białka integralne - ATPazę.
Białka integralne zapewniają selektywną wymianę jonów poprzez kanały błonowe pomiędzy płynem zewnątrzkomórkowym i wewnątrzkomórkowym, a także działają jako białka transportujące duże cząsteczki.
Receptory błonowe i antygeny mogą być reprezentowane zarówno przez białka integralne, jak i obwodowe.
Białka przylegające do błony od strony cytoplazmatycznej dzieli się na: cytoszkielet komórkowy . Mogą przyłączać się do białek błonowych.
Więc, pasmo białkowe 3 (numer prążka podczas elektroforezy białek) błon erytrocytów łączy się w zespół z innymi cząsteczkami cytoszkieletu - spektryną poprzez białko ankyrynę o niskiej masie cząsteczkowej (ryc. 1.2).
Ryż. 1.2 Schemat rozmieszczenia białek w cytoszkielecie przybłonowym erytrocytów. 1 - spektryna; 2 - ankiryna; 3 - białko pasma 3; 4 - pasmo białka 4,1; 5 - białko pasmowe 4,9; 6 - oligomer aktyny; 7 - białko 6; 8 - gpikoforyna A; 9 - membrana.
Spektryna jest głównym białkiem cytoszkieletu tworzącym dwuwymiarową sieć, do której przyłączona jest aktyna.
Aktyna tworzy mikrofilamenty, które są aparatem kurczliwym cytoszkieletu.
Cytoszkielet pozwala komórce wykazywać właściwości elastyczno-elastyczne i zapewnia dodatkową wytrzymałość membrany.
Większość białek integralnych to glikoproteiny. Ich część węglowodanowa wystaje z błony komórkowej na zewnątrz. Wiele glikoprotein ma duży ładunek ujemny ze względu na znaczną zawartość kwasu sialowego (na przykład cząsteczkę glikoforyny). Zapewnia to powierzchniom większości ogniw ładunek ujemny, pomagając odpychać inne ujemnie naładowane obiekty. Węglowodanowe występy glikoprotein są nośnikami antygenów grupowych krwi, innych determinant antygenowych komórki i działają jako receptory wiążące hormony. Glikoproteiny tworzą cząsteczki adhezyjne, które powodują, że komórki łączą się ze sobą, tj. bliskie kontakty międzykomórkowe.
Cechy metabolizmu w błonie
pola tekstowe
pola tekstowe
strzałka_w górę
Składniki błon podlegają wielu przemianom metabolicznym pod wpływem enzymów znajdujących się na ich błonie lub w jej obrębie. Należą do nich enzymy oksydacyjne, które odgrywają ważną rolę w modyfikacji hydrofobowych elementów błon – cholesterolu itp. W błonach, gdy aktywowane są enzymy – fosfolipazy – z kwasu arachidonowego powstają związki biologicznie czynne – prostaglandyny i ich pochodne. W wyniku aktywacji metabolizmu fosfolipidów w błonie powstają tromboksany i leukotrieny, które mają silny wpływ na adhezję płytek krwi, proces zapalny itp.
W membranie zachodzą w sposób ciągły procesy odnowy jej składników . Zatem czas życia białek błonowych waha się od 2 do 5 dni. Istnieją jednak w komórce mechanizmy zapewniające dostarczanie nowo syntetyzowanych cząsteczek białka do receptorów błonowych, co ułatwia wbudowanie białka w błonę. „Rozpoznanie” tego receptora przez nowo zsyntetyzowane białko ułatwia utworzenie peptydu sygnałowego, który pomaga znaleźć receptor na błonie.
Lipidy błonowe charakteryzują się również znacznym tempem wymiany, co wymaga dużych ilości kwasów tłuszczowych do syntezy tych składników błony.
Na specyfikę składu lipidowego błon komórkowych wpływają zmiany w środowisku człowieka i charakter jego diety.
Na przykład wzrost zawartości w diecie kwasów tłuszczowych z wiązaniami nienasyconymi zwiększa stan ciekły lipidów w błonach komórkowych różnych tkanek, prowadząc do korzystnej zmiany stosunku fosfolipidów do sfingomielin i lipidów do białek dla funkcji błony komórkowej.
Przeciwnie, nadmiar cholesterolu w błonach zwiększa mikrolepkość ich dwuwarstwy cząsteczek fosfolipidów, zmniejszając szybkość dyfuzji niektórych substancji przez błony komórkowe.
Pokarm wzbogacony witaminami A, E, C, P poprawia metabolizm lipidów w błonach erytrocytów i zmniejsza mikrolepkość błon. Zwiększa to odkształcalność czerwonych krwinek, ułatwiając ich działanie funkcja transportowa(Rozdział 6).
Niedobór kwasów tłuszczowych i cholesterolu w żywności zaburza skład lipidów i funkcje błon komórkowych.
Na przykład niedobór tłuszczu zaburza funkcje błony neutrofili, co hamuje ich zdolność do poruszania się i fagocytozy (aktywne wychwytywanie i wchłanianie mikroskopijnych ciał obcych i cząstek stałych organizmy jednokomórkowe lub niektóre komórki).
W regulacji składu lipidowego błon i ich przepuszczalności, regulacji proliferacji komórek Ważną rolę odgrywają reaktywne formy tlenu powstające w komórce w związku z normalnie zachodzącymi reakcjami metabolicznymi (utlenianie mikrosomalne itp.).
Wytworzone reaktywne formy tlenu- rodnik ponadtlenkowy (O 2), nadtlenek wodoru (H 2 O 2) itp. są substancjami niezwykle reaktywnymi. Ich głównym substratem w reakcjach utleniania wolnorodnikowego są nienasycone kwasy tłuszczowe wchodzące w skład fosfolipidów błon komórkowych (tzw. reakcje peroksydacji lipidów). Nasilenie tych reakcji może spowodować uszkodzenie błony komórkowej, jej bariery, funkcji receptorowych i metabolicznych, modyfikację cząsteczek kwasów nukleinowych i białek, co prowadzi do mutacji i inaktywacji enzymów.
W warunkach fizjologicznych nasilenie peroksydacji lipidów regulowane jest przez układ antyoksydazowy komórek, reprezentowany przez enzymy inaktywujące reaktywne formy tlenu – dysmutazę ponadtlenkową, katalazę, peroksydazę oraz substancje o działaniu przeciwutleniającym – tokoferol (witamina E), ubichinon itp. A wyraźny efekt ochronny na błony komórkowe (efekt cytoprotekcyjny) z różnymi szkodliwymi skutkami dla organizmu, prostaglandyny E i J2 mają „gasiące” aktywację utleniania wolnych rodników. Prostaglandyny chronią błonę śluzową żołądka i hepatocyty przed uszkodzeniami chemicznymi, neurony, komórki neuroglejowe, kardiomiocyty - przed uszkodzeniami niedotlenieniowymi, mięśnie szkieletowe - podczas wzmożonego wysiłku fizycznego. Prostaglandyny, wiążąc się ze specyficznymi receptorami na błonach komórkowych, stabilizują dwuwarstwę tej ostatniej i ograniczają utratę fosfolipidów przez błony.
Funkcje receptorów błonowych
pola tekstowe
pola tekstowe
strzałka_w górę
Sygnał chemiczny lub mechaniczny jest najpierw odbierany przez receptory błony komórkowej. Konsekwencją tego jest chemiczna modyfikacja białek błonowych, w wyniku której następuje aktywacja „wtórnych przekaźników”, które zapewniają szybką propagację sygnału w komórce do jej genomu, enzymów, elementów kurczliwych itp.
Transbłonową transmisję sygnału w komórce można schematycznie przedstawić w następujący sposób:
1) Receptor wzbudzony odebranym sygnałem aktywuje białka γ błony komórkowej. Dzieje się tak, gdy wiążą trifosforan guanozyny (GTP).
2) Z kolei oddziaływanie kompleksu GTP-γ-białko aktywuje enzym – prekursor przekaźników wtórnych, zlokalizowany po wewnętrznej stronie błony.
Prekursorem jednego wtórnego przekaźnika, cAMP, utworzonego z ATP, jest enzym cyklaza adenylanowa;
Prekursorem innych przekaźników wtórnych – trifosforanu inozytolu i diacyloglicerolu, powstałych z błonowego fosfatydyloinozytolu-4,5-difosforanu, jest enzym fosfolipaza C. Ponadto trifosforan inozytolu mobilizuje w komórce innego wtórnego przekaźnika – jony wapnia, które biorą udział w prawie wszystkie procesy regulacyjne w komórce. Przykładowo powstający trifosforan inozytolu powoduje uwolnienie wapnia z siateczki śródplazmatycznej i wzrost jego stężenia w cytoplazmie, tym samym włączając różne kształty odpowiedź komórkowa. Za pomocą trifosforanu inozytolu i diacyloglicerolu funkcja mięśni gładkich i komórek B trzustki jest regulowana przez acetylocholinę, przedni płat przysadki mózgowej przez czynnik uwalniający tyreogropinę, odpowiedź limfocytów na antygen itp.
W niektórych komórkach rolę drugiego przekaźnika pełni cGMP powstający z GTP przy pomocy enzymu cyklazy guanylowej. Służy na przykład jako drugi przekaźnik hormonu natriuretycznego w mięśniach gładkich ścian naczyń krwionośnych. cAMP służy jako wtórny przekaźnik dla wielu hormonów – adrenaliny, erytropoetyny itp. (Rozdział 3).
9.5.1. Jedną z głównych funkcji błon jest udział w przenoszeniu substancji. Proces ten odbywa się poprzez trzy główne mechanizmy: dyfuzję prostą, dyfuzję ułatwioną i transport aktywny (rysunek 9.10). Pamiętać najważniejsze cechy tych mechanizmów i przykłady transportowanych substancji w każdym przypadku.
Rysunek 9.10. Mechanizmy transportu cząsteczek przez błonę
Prosta dyfuzja- transfer substancji przez membranę bez udziału specjalnych mechanizmów. Transport odbywa się wzdłuż gradientu stężeń bez zużycia energii. Poprzez prostą dyfuzję transportowane są małe biomolekuły - H2O, CO2, O2, mocznik, hydrofobowe substancje niskocząsteczkowe. Szybkość prostej dyfuzji jest proporcjonalna do gradientu stężeń.
Ułatwiona dyfuzja- transfer substancji przez błonę za pomocą kanałów białkowych lub specjalnych białek nośnikowych. Przeprowadza się je wzdłuż gradientu stężeń bez zużycia energii. Transportowane są monosacharydy, aminokwasy, nukleotydy, glicerol i niektóre jony. Charakterystyczna jest kinetyka nasycenia – przy pewnym (nasycającym) stężeniu transportowanej substancji w transporcie biorą udział wszystkie cząsteczki nośnika i prędkość transportu osiąga wartość maksymalną.
Aktywny transport- wymaga również udziału specjalnych białek transportowych, jednak transport odbywa się wbrew gradientowi stężeń i dlatego wymaga wydatku energetycznego. Dzięki temu mechanizmowi jony Na+, K+, Ca2+, Mg2+ są transportowane przez błonę komórkową, a protony przez błonę mitochondrialną. Aktywny transport substancji charakteryzuje się kinetyką nasycenia.
9.5.2. Przykład systemu transportowego, który wykonuje aktywny transport jonami jest Na+,K+-adenozynotrifosfataza (Na+,K+-ATPaza lub Na+,K+-pompa). Białko to znajduje się głęboko w błonie komórkowej i jest zdolne do katalizowania reakcji hydrolizy ATP. Energia uwolniona podczas hydrolizy 1 cząsteczki ATP wykorzystywana jest do przeniesienia 3 jonów Na+ z komórki do przestrzeni zewnątrzkomórkowej i 2 jonów K+ w przeciwnym kierunku (rysunek 9.11). W wyniku działania Na+,K+-ATPazy powstaje różnica stężeń pomiędzy cytozolem komórkowym a płynem zewnątrzkomórkowym. Ponieważ transfer jonów nie jest równoważny, występuje różnica potencjałów elektrycznych. W ten sposób powstaje potencjał elektrochemiczny, na który składa się energia różnicy potencjałów elektrycznych Δφ oraz energia różnicy stężeń substancji ΔC po obu stronach membrany.
Rysunek 9.11. Schemat pompy Na+, K+.
9.5.3. Transport cząstek i związków o dużej masie cząsteczkowej przez membrany
Razem z transportem materia organiczna i jony przenoszone przez nośniki, w komórce istnieje bardzo specjalny mechanizm zaprojektowany do wchłaniania związków wielkocząsteczkowych do wnętrza komórki i usuwania z niej związków wielkocząsteczkowych poprzez zmianę kształtu biomembrany. Mechanizm ten nazywa się transport pęcherzykowy.
Rysunek 9.12. Rodzaje transportu pęcherzykowego: 1 - endocytoza; 2 - egzocytoza.
Podczas przenoszenia makrocząsteczek następuje sekwencyjne tworzenie i fuzja pęcherzyków (pęcherzyków) otoczonych błoną. Ze względu na kierunek transportu i charakter transportowanych substancji wyróżnia się następujące rodzaje transportu pęcherzykowego:
Endocytoza(Rysunek 9.12, 1) - transfer substancji do komórki. W zależności od wielkości powstałych pęcherzyków wyróżnia się:
A) pinocytoza — absorpcja makrocząsteczek płynnych i rozpuszczonych (białek, polisacharydów, kwasów nukleinowych) przy użyciu małych pęcherzyków (o średnicy 150 nm);
B) fagocytoza — absorpcja dużych cząstek, takich jak mikroorganizmy lub resztki komórek. W tym przypadku tworzą się duże pęcherzyki zwane fagosomami o średnicy większej niż 250 nm.
Pinocytoza jest charakterystyczna dla większości komórek eukariotycznych, natomiast duże cząsteczki są absorbowane przez wyspecjalizowane komórki - leukocyty i makrofagi. W pierwszym etapie endocytozy substancje lub cząstki są adsorbowane na powierzchni błony; proces ten zachodzi bez zużycia energii. W kolejnym etapie błona z zaadsorbowaną substancją zagłębia się w cytoplazmę; powstałe w ten sposób lokalne wgłębienia błony komórkowej oddzielają się od powierzchni komórki, tworząc pęcherzyki, które następnie migrują do komórki. Proces ten jest połączony systemem mikrofilamentów i jest zależny od energii. Pęcherzyki i fagosomy, które dostają się do komórki, mogą łączyć się z lizosomami. Enzymy zawarte w lizosomach rozkładają substancje zawarte w pęcherzykach i fagosomach na produkty o niskiej masie cząsteczkowej (aminokwasy, monosacharydy, nukleotydy), które transportowane są do cytozolu, gdzie mogą zostać wykorzystane przez komórkę.
Egzocytoza(Rysunek 9.12, 2) - transfer cząstek i dużych związków z komórki. Proces ten, podobnie jak endocytoza, zachodzi wraz z absorpcją energii. Główne rodzaje egzocytozy to:
A) wydzielanie - usunięcie z komórki związków rozpuszczalnych w wodzie, które są wykorzystywane lub wpływają na inne komórki organizmu. Może być ona przeprowadzana zarówno przez komórki niewyspecjalizowane, jak i przez komórki gruczołów dokrewnych, błony śluzowej przewodu pokarmowego, przystosowane do wydzielania przez nie wytwarzanych substancji (hormonów, neuroprzekaźników, proenzymów) w zależności od specyficznych potrzeb organizmu.
Wydzielane białka są syntetyzowane na rybosomach związanych z błonami szorstkiej siateczki śródplazmatycznej. Białka te są następnie transportowane do aparatu Golgiego, gdzie są modyfikowane, zagęszczane, sortowane, a następnie pakowane w pęcherzyki, które uwalniane są do cytozolu, a następnie łączą się z błoną komórkową, tak że zawartość pęcherzyków znajduje się na zewnątrz komórki.
W przeciwieństwie do makrocząsteczek, małe wydzielane cząstki, takie jak protony, są transportowane z komórki za pomocą mechanizmów ułatwionej dyfuzji i transportu aktywnego.
B) wydalanie - usunięcie z komórki substancji, których nie można wykorzystać (na przykład podczas erytropoezy, usunięcie z retikulocytów substancji siatkowej, czyli zagregowanych pozostałości organelli). Wydaje się, że mechanizm wydalania polega na tym, że wydalone cząstki są początkowo uwięzione w pęcherzyku cytoplazmatycznym, który następnie łączy się z błoną plazmatyczną.
Dział biologii zwany cytologią bada budowę organizmów, a także roślin, zwierząt i ludzi. Naukowcy odkryli, że zawartość komórki, która się w niej znajduje, jest zbudowana dość złożona. Jest otoczony tzw. aparatem powierzchniowym, w skład którego wchodzą zewnętrzna błona komórkowa, struktury nadbłonowe: glikokaliks, a także mikrofilamenty, błonki i mikrotubule tworzące jego kompleks podbłonowy.
W tym artykule zbadamy strukturę i funkcje zewnętrznej błony komórkowej, która jest częścią aparatu powierzchniowego różnych typów komórek.
Jakie funkcje pełni zewnętrzna błona komórkowa?
Jak opisano wcześniej, błona zewnętrzna jest częścią aparatu powierzchniowego każdej komórki, który skutecznie oddziela jej wewnętrzną zawartość i chroni organelle komórkowe przed niekorzystne warunkiśrodowisko zewnętrzne. Inną funkcją jest zapewnienie metabolizmu między zawartością komórkową a płynem tkankowym, dzięki czemu zewnętrzna błona komórkowa transportuje cząsteczki i jony dostające się do cytoplazmy, a także pomaga usuwać odpady i nadmiar toksycznych substancji z komórki.
Struktura błony komórkowej
Błony lub błony plazmatyczne różnych typów komórek znacznie się od siebie różnią. Głównie, struktura chemiczna, a także względną zawartość w nich lipidów, glikoprotein, białek i odpowiednio charakter znajdujących się w nich receptorów. Zewnętrzny, o którym decyduje przede wszystkim indywidualny skład glikoprotein, bierze udział w rozpoznawaniu bodźców środowiskowych i reakcjach samej komórki na ich działania. Niektóre typy wirusów mogą wchodzić w interakcję z białkami i glikolipidami błon komórkowych, w wyniku czego przedostają się do wnętrza komórki. Do budowy ich powłoki ochronnej można wykorzystać wirusy opryszczki i grypy.
A wirusy i bakterie, tak zwane bakteriofagi, przyczepiają się do błony komórkowej i rozpuszczają ją w miejscu kontaktu za pomocą specjalnego enzymu. Następnie do powstałej dziury przechodzi cząsteczka wirusowego DNA.
Cechy struktury błony komórkowej eukariontów
Przypomnijmy, że zewnętrzna błona komórkowa pełni funkcję transportu, czyli przenoszenia substancji do i z niej do środowiska zewnętrznego. Aby przeprowadzić taki proces, wymagana jest specjalna konstrukcja. Rzeczywiście, plazmalemma jest trwałym, uniwersalnym systemem aparatu powierzchniowego. Jest to cienka (2-10 Nm), ale dość gęsta wielowarstwowa folia pokrywająca całe ogniwo. Jego strukturę badali w 1972 roku naukowcy tacy jak D. Singer i G. Nicholson, którzy również stworzyli model płynnej mozaiki błony komórkowej.
Głównymi związkami chemicznymi, które ją tworzą, są uporządkowane cząsteczki białek i niektórych fosfolipidów, które są osadzone w płynnym ośrodku lipidowym i przypominają mozaikę. Zatem błona komórkowa składa się z dwóch warstw lipidów, których niepolarne hydrofobowe „ogony” znajdują się wewnątrz błony, a polarne hydrofilowe głowy są zwrócone w stronę cytoplazmy komórki i płynu międzykomórkowego.
Przez warstwę lipidową penetrują duże cząsteczki białka, które tworzą pory hydrofilowe. To za ich pośrednictwem są transportowane roztwory wodne glukoza i sole mineralne. Niektóre cząsteczki białka znajdują się zarówno na zewnętrznej, jak i wewnętrznej powierzchni plazmalemy. Zatem na zewnętrznej błonie komórkowej komórek wszystkich organizmów posiadających jądro komórkowe są związane cząsteczki węglowodanów wiązania kowalencyjne z glikolipidami i glikoproteinami. Zawartość węglowodanów w błonach komórkowych waha się od 2 do 10%.
Struktura plazmalemy organizmów prokariotycznych
Zewnętrzna błona komórkowa u prokariotów pełni podobne funkcje jak błony plazmatyczne komórek organizmów jądrowych, a mianowicie: percepcję i przekazywanie informacji pochodzących ze środowiska zewnętrznego, transport jonów i roztworów do i z komórki, ochronę cytoplazmy przed obcymi czynnikami. odczynniki z zewnątrz. Może tworzyć mezosomy – struktury powstające, gdy błona plazmatyczna zostaje wpuklona w komórkę. Mogą zawierać enzymy biorące udział w reakcjach metabolicznych prokariotów, na przykład replikacji DNA i syntezie białek.
Mezosomy zawierają również enzymy redoks, a fotosyntetyki zawierają bakteriochlorofil (w bakteriach) i fikobilinę (w sinicach).
Rola błon zewnętrznych w kontaktach międzykomórkowych
Kontynuując odpowiadanie na pytanie, jakie funkcje pełni zewnętrzna błona komórkowa, zastanówmy się nad jej rolą. W komórkach roślinnych w ścianach zewnętrznej błony komórkowej powstają pory, które przechodzą do warstwy celulozy. Przez nich cytoplazma komórki może wyjść na zewnątrz, takie cienkie kanały nazywane są plazmodesmatami.
Dzięki nim połączenie pomiędzy sąsiednimi komórkami roślinnymi jest bardzo silne. W komórkach ludzkich i zwierzęcych punkty styku sąsiadujących ze sobą błon komórkowych nazywane są desmosomami. Są charakterystyczne dla komórek śródbłonka i nabłonka, występują także w kardiomiocytach.
Formacje pomocnicze plazmalemy
Zrozum różnice komórki roślinne od zwierząt pomaga zbadać cechy strukturalne ich błon plazmatycznych, które zależą od funkcji, jakie pełni zewnętrzna błona komórkowa. Nad nim w komórkach zwierzęcych znajduje się warstwa glikokaliksu. Tworzą go cząsteczki polisacharydów związane z białkami i lipidami zewnętrznej błony komórkowej. Dzięki glikokaliksowi dochodzi do adhezji (sklejania się) pomiędzy komórkami, co prowadzi do powstania tkanek, dlatego bierze udział w funkcji sygnalizacyjnej plazmalemy – rozpoznawaniu bodźców środowiskowych.
W jaki sposób odbywa się bierny transport niektórych substancji przez błony komórkowe?
Jak wspomniano wcześniej, zewnętrzna błona komórkowa bierze udział w procesie transportu substancji pomiędzy komórką a środowiskiem zewnętrznym. Istnieją dwa rodzaje transportu przez plazmalemmę: transport pasywny (dyfuzyjny) i transport aktywny. Pierwsza obejmuje dyfuzję, dyfuzję ułatwioną i osmozę. Ruch substancji wzdłuż gradientu stężeń zależy przede wszystkim od masy i wielkości cząsteczek przechodzących przez błonę komórkową. Na przykład małe niepolarne cząsteczki łatwo rozpuszczają się w środkowej warstwie lipidowej plazmalemy, przemieszczają się przez nią i trafiają do cytoplazmy.
Duże cząsteczki substancji organicznych przenikają do cytoplazmy za pomocą specjalnych białek nośnikowych. Mają specyficzność gatunkową i łącząc się z cząstką lub jonem, pasywnie przenoszą je przez membranę zgodnie z gradientem stężeń bez wydatku energetycznego (transport pasywny). Proces ten leży u podstaw takiej właściwości plazmalemmy, jak selektywna przepuszczalność. Energia w toku Cząsteczki ATP nie jest wykorzystywana, a komórka zachowuje ją do innych reakcji metabolicznych.
Aktywny transport związków chemicznych przez plazmalemmę
Ponieważ zewnętrzna błona komórkowa zapewnia przenoszenie cząsteczek i jonów ze środowiska zewnętrznego do komórki i z powrotem, możliwe staje się usuwanie produktów dysymilacji, którymi są toksyny, na zewnątrz, czyli do płynu międzykomórkowego. zachodzi wbrew gradientowi stężeń i wymaga użycia energii w postaci cząsteczek ATP. Obejmuje również białka nośnikowe zwane ATPazami, które są również enzymami.
Przykładem takiego transportu jest pompa sodowo-potasowa (jony sodu przemieszczają się z cytoplazmy do środowiska zewnętrznego, a jony potasu są pompowane do cytoplazmy). zdolny komórki nabłonkowe jelita i nerki. Odmianami tej metody przenoszenia są procesy pinocytozy i fagocytozy. Zatem po zbadaniu, jakie funkcje pełni zewnętrzna błona komórkowa, można ustalić, że heterotroficzne protisty, a także komórki wyższych organizmów zwierzęcych, na przykład leukocyty, są zdolne do procesów pino- i fagocytozy.
Procesy bioelektryczne w błonach komórkowych
Ustalono, że istnieje różnica potencjałów pomiędzy zewnętrzną powierzchnią błony komórkowej (jest ona naładowana dodatnio) a warstwą ścianki cytoplazmy, która jest naładowana ujemnie. Nazywa się to potencjałem spoczynkowym i jest nieodłącznym elementem wszystkich żywych komórek. A tkanka nerwowa ma nie tylko potencjał spoczynkowy, ale także jest w stanie przewodzić słabe bioprądy, co nazywa się procesem wzbudzenia. Zewnętrzne błony komórek nerwowych-neuronów, otrzymując podrażnienie od receptorów, zaczynają zmieniać ładunki: jony sodu masowo przedostają się do komórki, a powierzchnia plazmalemy staje się elektroujemna. A przyścienna warstwa cytoplazmy z powodu nadmiaru kationów otrzymuje ładunek dodatni. To wyjaśnia, dlaczego zewnętrzna błona komórkowa neuronu jest ładowana, co powoduje przewodzenie impulsów nerwowych leżących u podstaw procesu wzbudzenia.