Плазмена мембрана: функции, структура

Клетката отдавна се определя като структурна единица на всички живи същества. И това е вярно. В крайна сметка, милиарди от тези структури, като тухли, образуват растения и животни, бактерии и микроорганизми, човек. Всеки орган, тъкан, система на тялото - всичко е изградено от клетките.

Ето защо е много важно да се знаят всички нюанси на неговата вътрешна структура, химически състав и биохимичните реакции, които се случват. В тази статия ще разгледаме какво е плазмената мембрана, функциите, които тя изпълнява, и структурата.

Клетки на органелите

Органелите се наричат ​​най-малките структурни части, които са вътре в клетката и осигуряват нейната структура и активност. Те включват много различни представители:

1. Плазмена мембрана.
2. Ядро и ядрени клетки с хромозомен материал.
3. Цитоплазма с включвания.
4. Лизозомите.
5. Митохондриите.
6. EPS (ендоплазмен ретикулум).
7. Комплекс Голджи.
8. На рибозоми.
9. Вакуоли и хлоропласти, ако е растителна клетка.

Всяка от тези структури има своя собствена сложна структура, формирана от ВМС (високомолекулни вещества), изпълнява строго определени функции и участва в комплекс от биохимични реакции, които осигуряват жизнената активност на целия организъм.

Цялостната структура на мембраната

Структурата на плазмената мембрана е изследвана от XVIII век. Тогава за пръв път бе открита способността й да пропуска или да отлага вещества. С развитието на микроскопията, изучаването на фината структура и структура на мембраната стана по-възможно и затова днес почти всичко се знае за него.

Синоним на основното му име е плазмената мембрана. Съставът на плазмената мембрана е представен от три основни вида ВМС:

• протеини;
• липиди;
• въглехидрати.

Съотношението на тези съединения и местоположението може да варира от клетки на различни организми (растителни, животински или бактериални).

Течномозаичен модел на конструкцията

Много учени са се опитали да спекулират как липидите и протеините се намират в мембраната. Но едва през 1972 г. учените Сингър и Никълсън предлагат подходящ и днес модел, отразяващ структурата на плазмената мембрана. Тя се нарича течна мозайка, а нейната същност е следната: различните видове липиди са подредени в два слоя, ориентирайки се с хидрофобните краища на молекулите навътре, а хидрофилните навън. В същото време цялата структура, като мозайка, е пронизана с неравни видове протеинови молекули, както и с малко количество хексози (въглехидрати).

Цялата предложена система е в постоянна динамика. Протеините са способни не само да проникнат през билипидния слой, но и да ориентират една от неговите страни, като я поставят навътре. Или като цяло свободно да "ходи" на мембраната, промяна на местоположението.

Доказателствата в защита и обосновка на тази теория са данните от микроскопския анализ. В черно-бели снимки слоевете на мембраната са ясно видими, горният и долният пласт са еднакво тъмни, а средата е по-светла. Също така бяха проведени серия експерименти, доказващи, че слоевете са базирани именно върху липиди и протеини.

Плазмените мембранни протеини

Ако разгледаме процента на липиди и протеини в мембраната растителна клетка, тогава ще бъде приблизително същото - 40/40%. В животинския плазмалемма до 60% се дължи на протеини, при бактериални - до 50%.

Плазмената мембрана се състои от различни типове протеини и функциите на всеки от тях също са специфични.

1. Периферни молекули. Това са протеини, които са ориентирани към повърхността на вътрешната или външната част на липидния двуслой. Основните видове взаимодействия между структурата на молекулата и слоя са следните:

• водородни връзки;
• йонни взаимодействия или солни мостове;
• електростатично привличане.

Самите периферни протеини са водоразтворими съединения, така че е лесно да се отделят от плазмената мембрана. Какви вещества принадлежат към тези структури? Най-често срещаният и многобройният фибриларен протеинов спектрин. Тя в масата на всички мембранни протеини може да бъде до 75% в отделните клетъчни плазмелми.

Защо са необходими и как плазмената мембрана зависи от тях? Функциите са както следва:

• образуването на цитоскелета на клетката;
• поддържане на постоянна форма;
• ограничаване на прекомерната мобилност на интегрални протеини;
• координация и прилагане на йонния транспорт чрез плазмолема;
• могат да бъдат свързани с олигозахаридни вериги и да участват в трансдукция на рецепторни сигнали от и към мембраната.

2. Полу-интегрални протеини. Такива молекули са тези, които са потопени в липидния двуслой напълно или наполовина, на различни дълбочини. Примерите включват бактериородопсин, цитохромоксидаза и други. Те също така се наричат ​​"закотвени" протеини, т.е. прикрепени вътре в слоя. С какво могат да се докоснат и поради което те се вкореняват и се държат? Най-често се дължи на специални молекули, които могат да бъдат миристични или палмитинови киселини, изопрен или стероли. Например, в плазмената мембрана на животните има полу-интегрални протеини, свързани с холестерола. При растенията и бактериите такива все още не са открити.

3. Интегрални протеини. Един от най-важните в плазмата. Те са структури, които образуват нещо като канали, през които преминават и двете липидни слоеве. Чрез тези пътища много молекули влизат в клетката, така че липидите не пропускат. Следователно, основната роля на интегралните структури е образуването на йонни канали за транспорт.

Има два вида просмукване на липиди:

• монотопно - веднъж;
• политоп - на няколко места.

Сортовете на интегралните протеини включват такива като гликофорин, протеолипиди, протеогликани и други. Всички те са неразтворими във вода и са вградени в липидния слой, поради което е невъзможно да се отстранят, без да се увреди плазмената мембрана. Според тяхната структура глобуларни протеини, техният хидрофобен край е разположен вътре в липидния слой и хидрофилният край е над него и може да се издига над цялата структура. Какви взаимодействия имат вътрешните протеини? При това те се подпомагат от хидрофобни атракции към радикалите на мастните киселини.

Следователно, съществуват редица различни протеинови молекули, които включват плазмената мембрана. Структурата и функциите на тези молекули могат да бъдат комбинирани в няколко общи точки.

1. Структурни периферни протеини.
2. Каталитични ензимни протеини (полу-интеграл и интеграл).
3. Рецептор (периферен, интегрален).
4. Транспорт (неразделна).

Плазмалма липиди

Течният липиден двуслой, който представлява плазмената мембрана, може да бъде много подвижен. Факт е, че различните молекули могат да се прехвърлят от горния слой към долния и обратно, т.е. структурата е динамична. Такива преходи имат своето име в науката - "джапанка". Тя се формира от името на ензим, който катализира процесите на преструктуриране на молекули в рамките на един монослой или от върха към дъното и обратно, флипаза.

Количеството на липидите, което съдържа клетъчната плазмена мембрана, е приблизително същото като броя на протеините. Разнообразието на видовете е широко. Можем да разграничим следните основни групи:

• фосфолипиди;
• sfingofospolipidy;
• гликолипиди;
• холестерол.

Такива молекули като глицерофосфолипиди и сфингомиелини принадлежат към първата група фосфолипиди. Тези молекули образуват основата на мембранния двуслой. Хидрофобните краища на съединенията са насочени вътре в слоя, а хидрофилните свършват. Примери за връзка:

• фосфатидилхолин;
• фосфатидилсерин;
• карди;
• фосфатидилинозитол;
• сфингомиелин;
• фос;
• фосфатидилетаноамин.

За изследване на тези молекули се използва метод за унищожаване на мембранния слой в някои части чрез фосфолипаза, специален ензим, който катализира процеса на разграждане на фосфолипидите.

Функциите на изброените съединения са както следва:

1. Осигурете цялата структура и структура на двуслойната плазма.
2. В контакт с протеини на повърхността и вътре в слоя.
3. Определя се агрегирано състояние, което плазмената мембрана на клетката ще има при различни температурни условия.
4. Участвайте в ограничената пропускливост на плазмената лема за различни молекули.
5. Формирайте различни видове взаимодействия клетъчни мембрани взаимно (десмомозово, прорезно пространство, стегнат контакт).

Сфинфосфолипиди и мембранни гликолипиди

По тяхната химична природа, сфингомиелини или сфингофосфолипиди са производни на аминоалкохолния сфингозин. Заедно с фосфолипидите, те участват в образуването на билипидния слой на мембраната.

Гликолипидите включват гликокаликс - вещество, което до голяма степен определя свойствата на плазмената мембрана. Това е желеобразно съединение, състоящо се главно от олигозахариди. Гликокаликсът приема 10% от общата маса на плазмената мембрана. Плазмената мембрана, структурата и функциите, които тя изпълнява, е пряко свързана с това вещество. Например, гликокаликсът осигурява:

• функция на мембранен маркер;
• рецептор;
• процеси на париетално разграждане на частици вътре в клетката.

Трябва да се отбележи, че присъствието на липиден гликокаликс е типично само за животински клетки, но не и за растителни, бактериални и гъбички.

Холестерол (стеролна мембрана)

Той е важна част от клетъчния двуслой при бозайниците. В растението не се срещат и в бактериите и гъбите. От химическа гледна точка е алкохол, цикличен, едноатомен.

Както и други липиди, той притежава свойствата на амфифилността (наличието на хидрофилен и хидрофобен край на молекулата). В мембраната играе важна роля като ограничител и двупластов регулатор на потока. Също така участва в производството на витамин D, е съучастник в образуването на половите хормони.

В растителните клетки присъстват фитостероли, които не участват в образуването на мембрани от животни. Според някои данни е известно, че тези вещества осигуряват устойчивост на растенията към определени видове заболявания.

Плазмената мембрана се формира от холестерол и други липиди в общия комплекс на взаимодействието.

Мембранни въглехидрати

Тази група вещества съставлява около 10% от общия състав на плазмените мембранни съединения. В проста форма не се откриват моно-, ди-, полизахариди, а само под формата на гликопротеини и гликолипиди.

Тяхната функция е да контролират вътреклетъчните и междуклетъчните взаимодействия, да поддържат определена структура и позиция на протеиновите молекули в мембраната, както и осъществяването на приемането.

Основни функции на плазмената мембрана

Ролята на плазмената мембрана в клетката е много голяма. Неговите функции са многостранни и важни. Разгледайте ги по-подробно.

1. Ограничава съдържанието на клетката от околната среда и я предпазва от външни влияния. Поради наличието на мембраната, химичният състав на цитоплазмата и неговото съдържание се поддържат на постоянно ниво.
2. Плазмалемата съдържа редица протеини, въглехидрати и липиди, които дават и поддържат определена клетъчна форма.
3. Мембраната има всяка клетъчна органела, която се нарича мембранна везикула (мехурче).
4. Компонентният състав на плазмената мембрана му позволява да играе ролята на "пазител" на клетката, извършвайки селективен транспорт вътре в нея.
5. Рецептори, ензими, биологично активни вещества функционират в клетката и проникват в нея, взаимодействат с неговата повърхностна мембрана само поради мембранни протеини и липиди.
6. Чрез плазмената мембрана се транспортират не само съединения от различно естество, но и важни за живота йони (натрий, калий, калций и др.).
7. Мембраната поддържа осмотично равновесие извън и вътре в клетката.
8. С помощта на плазмелемма, прехвърлянето на йони и съединения от различно естество, електрони, хормони от цитоплазмата към органелите.
9. Чрез нея се получава абсорбцията на слънчевата светлина под формата на квантове и пробуждането на сигнали вътре в клетката.
10. Именно тази структура генерира импулси на действие и почивка.
11. Механична защита на клетката и нейните структури от малки деформации и физически въздействия.
12. Клетъчната адхезия, т.е. адхезията и поддържането им близо един до друг, също се извършва от мембраната.

Клетъчният плазмелем и цитоплазмата са много тясно свързани. Плазмената мембрана е в близък контакт с всички вещества и молекули, йони които проникват в клетката и се намират свободно във вискозна вътрешна среда. Тези съединения се опитват да влязат във всички клетъчни структури, но бариерата е само мембраната, която е способна да извършва различни видове транспорт чрез себе си. Или не пропускайте някои видове връзки.

Видове транспорт през клетъчната бариера

Транспортирането през плазмената мембрана се извършва по няколко начина, които се обединяват от една обща физическа характеристика - закона за дифузия на веществата.

1. Пасивен транспорт или дифузия и осмоза. Той предполага свободно движение на йони и разтворител през мембраната по градиент от област с висока концентрация до област с ниска концентрация. Не изисква консумация на енергия, тъй като тече от само себе си. Това е ефектът на натриево-калиевата помпа, промяната на кислорода и въглеродния диоксид по време на дишане, освобождаването на глюкоза в кръвта и т.н. Явлението улеснена дифузия е много често срещано явление. Този процес предполага наличието на всяка помощна субстанция, която се придържа към желаното съединение и я изтегля по протеиновия канал или през липидния слой в клетката.
2. Активният транспорт предполага консумация на енергия за абсорбция и екскреция през мембраната. Има два основни начина: екзоцитоза - отстраняване на молекули и йони навън. Ендоцитоза - улавяне и задържане вътре в клетките на твърди и течни частици. От своя страна вторият метод на активен транспорт включва два вида процеси. Фагоцитоза, която се състои в поглъщане на твърди молекули, вещества, съединения и йони от мембраната на мехурчетата и носенето им вътре в клетката. По време на този процес се образуват големи везикули. Пиноцитозата, напротив, се състои в поглъщането на капчици течности, разтворители и други вещества и пренасянето им в клетката. Тя включва образуването на мехурчета с малък размер.

И двата процеса - пиноцитоза и фагоцитоза - играят важна роля не само в транспортирането на съединения и течности, но и в защита на клетката от остатъци от мъртви клетки, микроорганизми и вредни съединения. Може да се каже, че тези методи на активен транспорт са и варианти на имунологичната защита на клетката и нейните структури от различни опасности.