Plazma membrana: funkcije, struktura

Stanica je odavno definirana kao strukturna jedinica svih živih bića. I to je istina. Uostalom, milijarde tih struktura, poput opeke, tvore biljke i životinje, bakterije i mikroorganizme, čovječe. Svaki organ, tkivo, sustav tijela - sve je izgrađeno od stanica.

Stoga je vrlo važno znati sve suptilnosti njegove unutarnje strukture, kemijskog sastava i biokemijskih reakcija koje se događaju. U ovom članku razmatramo što je to plazma membrana, funkcije koje ona obavlja i strukturu.

Stanice organela

Organele nazivamo najmanjim strukturnim dijelovima koji se nalaze u ćeliji i osiguravaju njegovu strukturu i aktivnost. To uključuje mnoge različite predstavnike:

1. Plazma membrana.
2. Nukleusa i jezgre s kromosomskim materijalom.
3. Citoplazma s inkluzijama.
4. Lizosomi.
5. Mitohondriji.
6. EPS (endoplazmatski retikulum).
7. Golgijev kompleks.
8. Ribosoma.
9. Vacuoles i kloroplaste, ako je biljna stanica.

Svaka od tih struktura ima svoju vlastitu složenu strukturu, koju formira mornarica (visoko-molekularne tvari), obavlja strogo definirane funkcije i sudjeluje u kompleksu biokemijskih reakcija koje osiguravaju vitalnu aktivnost cijelog organizma.

Ukupna struktura membrane

Struktura plazmatske membrane analizirana je od XVIII. Stoljeća. Tada je otkrivena njezina sposobnost selektivnog preskakanja ili odgađanja tvari. Razvojem mikroskopije sve je više moguće proučavati finu strukturu i strukturu membrane, pa se o njoj danas zna gotovo sve.

Sinonim za njegovo glavno ime je plazma membrana. Sastav plazma membrane predstavljen je s tri glavne vrste IUD:

• proteina;
• lipidi;
• ugljikohidrati.

Omjer ovih spojeva i lokacija može varirati od stanica različitih organizama (biljnih, životinjskih ili bakterijskih).

Tekuće-mozaički model strukture

Mnogi znanstvenici pokušali su nagađati kako se lipidi i proteini nalaze u membrani. Međutim, tek su 1972. godine znanstvenici Singer i Nicholson predložili relevantan i današnji model koji odražava strukturu plazma membrane. To se naziva tekući mozaik, a njegova suština je sljedeća: različiti tipovi lipida raspoređeni su u dva sloja, orijentirajući se s hidrofobnim krajevima molekula prema unutra, a hidrofilne prema van. Istodobno, cijela struktura, poput mozaika, prožeta je nejednakim vrstama molekula proteina, kao i malom količinom heksoze (ugljikohidrata).

Cijeli predloženi sustav je u stalnoj dinamici. Proteini ne samo da mogu prodrijeti kroz sloj bilipida, nego i orijentirati jednu od njegovih strana, uvlačeći ga unutra. Ili općenito slobodno "šetati" po membrani, mijenjajući lokaciju.

Dokazi u obrani i opravdanju te teorije su podaci mikroskopske analize. Na crno-bijelim fotografijama jasno se vide slojevi membrane, gornji i donji slojevi su jednako tamni, a sredina je svjetlija. Također je proveden niz pokusa koji dokazuju da se slojevi temelje upravo na lipidima i proteinima.

Proteini membrane plazme

Ako uzmemo u obzir postotak lipida i proteina u membrani biljna stanica, tada će biti otprilike isti - 40/40%. U životinjskoj plazelemi do 60% čine proteini, u bakterijskim - do 50%.

Plazma membrana sastoji se od različitih tipova proteina, a funkcije svake od njih su također specifične.

1. Periferne molekule. To su proteini koji su orijentirani na površini unutarnjeg ili vanjskog dijela lipidnog dvosloja. Glavni tipovi interakcija između strukture molekule i sloja su sljedeći:

• vodikove veze;
• ionske interakcije ili solni mostovi;
• elektrostatička privlačnost.

Sami periferni proteini su vodotopivi spojevi, pa ih je lako odvojiti od plazmatske membrane. Koje tvari pripadaju tim strukturama? Najčešći i mnogobrojni fibrilarni proteinski spektrin. Ona u masi svih membranskih proteina može biti do 75% u pojedinim staničnim plazmalemama.

Zašto su potrebne i kako plazma membrana ovisi o njima? Funkcije su sljedeće:

• formiranje citoskeleta stanice;
• održavanje stalnog oblika;
• ograničavanje pretjerane pokretljivosti integralnih proteina;
• koordinacija i provedba ionskog transporta plazmolemom;
• Može se povezati s oligosaharidnim lancima i sudjelovati u transdukciji signala receptora od i do membrane.

2. Polu-integralni proteini. Takve molekule su one koje su uronjene u lipidni dvosloj u potpunosti ili pola, na različitim dubinama. Primjeri uključuju bakteriorodopsin, citokrom oksidazu i druge. Oni se također nazivaju "usidreni" proteini, to jest, kao da su vezani unutar sloja. S čime mogu kontaktirati i zbog kojih se ukorijenjuju i drže? Najčešće zbog posebnih molekula, koje mogu biti mirističke ili palmitinske kiseline, izoprenice ili steroli. Na primjer, u plazmatskoj membrani životinja postoje polu-integralni proteini povezani s kolesterolom. Kod biljaka i bakterija takva vrsta još nije pronađena.

3. Integralni proteini. Jedan od najvažnijih u plazmi. To su strukture koje oblikuju kanale koji prolaze kroz oba lipidna sloja. Kroz te putanje mnoge molekule ulaze u stanicu, tako da lipidi ne propuštaju. Stoga je glavna uloga integralnih struktura stvaranje ionskih kanala za transport.

Postoje dvije vrste propusnosti lipida:

• monotopic - jednom;
• polytopic - na nekoliko mjesta.

Vrste integralnih proteina uključuju glikoforin, proteolipide, proteoglikane i druge. Svi su oni netopljivi u vodi i blisko su uklopljeni u lipidni sloj, stoga ih je nemoguće ukloniti bez oštećenja plazmatske membrane. Prema njihovoj strukturi, ove globularni proteini, njihov hidrofobni kraj se nalazi unutar lipidnog sloja, a hidrofilni kraj je iznad njega i može se izdići iznad cijele strukture. Koje interakcije zadržavaju unutarnji proteini? U tome im pomažu hidrofobne atrakcije radikala masnih kiselina.

Dakle, postoji niz različitih molekula proteina, koje uključuju plazmatsku membranu. Struktura i funkcije tih molekula mogu se kombinirati u nekoliko općih točaka.

1. Strukturni periferni proteini.
2. Katalitički enzimski proteini (polu-integralni i integralni).
3. Receptor (periferni, integralni).
4. Prijevoz (integralni).

Plasmalemma lipidi

Tekući lipidni dvosloj, koji predstavlja plazmatsku membranu, može biti vrlo pokretan. Činjenica je da različite molekule mogu prelaziti iz gornjeg sloja u niži i obrnuto, tj. Struktura je dinamična. Takvi prijelazi imaju svoje ime u znanosti - "flip-flop". Nastala je iz naziva enzima koji katalizira procese restrukturiranja molekula unutar jednog monosloja ili od vrha do dna i natrag, flipaze.

Količina lipida koju sadrži stanična membrana je približno jednaka broju proteina. Raznolikost vrsta je široka. Možemo razlikovati sljedeće glavne skupine:

• fosfolipidi;
• sfingofospolipidy;
• glikolipide;
• kolesterol.

Takve molekule kao glicerofosfolipidi i sfingomyelini pripadaju prvoj skupini fosfolipida. Ove molekule tvore osnovu membranskog dvosloja. Hidrofobni krajevi spojeva usmjereni su unutar sloja, hidrofilni završava. Primjeri veze:

• fosfatidilkolin;
• fosfatidilserin;
• kardiolipin;
• fosfatidilinozitol;
• sfingomijelin;
• fosfatidilglicerol;
• fosfatidiletanolamin.

Za proučavanje tih molekula koristi se metoda za uništavanje membranskog sloja u nekim dijelovima fosfolipaze, posebnog enzima koji katalizira proces razgradnje fosfolipida.

Funkcije navedenih spojeva su sljedeće:

1. Osigurati cjelokupnu strukturu i strukturu dvosloja plazma membrane.
2. U dodiru s proteinima na površini i unutar sloja.
3. Određuje se agregatno stanje koje će plazma membrana stanice imati u različitim temperaturnim uvjetima.
4. Sudjelujte u ograničenoj propusnosti leme plazme za različite molekule.
5. Formirajte različite vrste interakcija stanične membrane međusobno (desmosomski, prorezani prostor, uski kontakt).

Sfingofosfolipidi i membranski glikolipidi

Po svojoj kemijskoj prirodi, sfingomijelini ili sfingofosfolipidi su derivati ​​amino alkohola sfingosina. Zajedno s fosfolipidima sudjeluju u stvaranju bilipidnog sloja membrane.

Glikolipidi uključuju glikokaliks - tvar koja u velikoj mjeri određuje svojstva plazmatske membrane. To je želatinast spoj koji se uglavnom sastoji od oligosaharida. Glikokaliks zauzima 10% ukupne mase plazma membrane. Plazma membrana, struktura i funkcije koje obavlja, izravno su povezane s ovom tvari. Na primjer, glycocalyx pruža:

• funkcija membranskog markera;
• receptora;
• procesi parijetalne digestije čestica unutar stanice.

Treba napomenuti da je prisutnost lipidnog glikokaliksa tipična samo za životinjske stanice, ali ne i za biljke, bakterije i gljivice.

Kolesterol (sterolska membrana)

To je važan dio staničnog dvosloja kod sisavaca. U biljci se ne javlja u bakterijama i gljivicama, također. S kemijskog stajališta je alkohol, ciklički, monatomski.

Kao i drugi lipidi, posjeduje svojstva amfifilnosti (prisutnost hidrofilnog i hidrofobnog kraja molekule). U membrani igra važnu ulogu kao limiter i dvoslojni regulator protoka. Također sudjeluje u proizvodnji vitamina D, suučesnik u formiranju spolnih hormona.

U biljnim stanicama prisutni su fitosteroli, koji ne sudjeluju u stvaranju životinjskih membrana. Prema nekim podacima poznato je da ove tvari pružaju otpornost biljaka na određene vrste bolesti.

Plazma membrana se formira kolesterolom i drugim lipidima u općem interakcijskom kompleksu.

Membranski ugljikohidrati

Ova skupina tvari čini oko 10% ukupnog sastava spojeva plazma-membrana. U jednostavnom obliku, ne nalaze se mono-, di-, polisaharidi, već samo u obliku glikoproteina i glikolipida.

Njihove funkcije su kontrola unutar i međustaničnih interakcija, održavanje određene strukture i položaja molekula proteina u membrani, kao i provedba recepcije.

Glavne funkcije plazma membrane

Uloga plazmatske membrane u stanici je vrlo velika. Njegove funkcije su višestruke i važne. Razmotrite ih detaljnije.

1. Razgraničava sadržaj stanice od okoline i štiti je od vanjskih utjecaja. Zbog prisutnosti membrane, kemijski sastav citoplazme i njezin sadržaj se održavaju na konstantnoj razini.
2. Plazmalemma sadrži niz proteina, ugljikohidrata i lipida koji daju i podržavaju određeni oblik stanica.
3. Membrana ima svaku organelu, koja se naziva membranski vezikul (mjehurić).
4. Sastavni dio plazmatske membrane omogućuje mu da igra ulogu "čuvara" ćelije, obavljajući selektivni transport unutar nje.
5. Receptori, enzimi, biološki aktivne tvari djeluju u stanici i prodiru u nju, surađuju sa svojom površinskom membranom samo zbog membranskih proteina i lipida.
6. Preko plazma membrane se prevoze ne samo spojevi različite prirode, nego i ioni važni za život (natrij, kalij, kalcij i drugi).
7. Membrana održava osmotsku ravnotežu izvan i unutar stanice.
8. Uz pomoć plazmaleme, prijenos iona i spojeva različite prirode, elektrona, hormona iz citoplazme u organele.
9. Kroz njega dolazi do apsorpcije sunčeve svjetlosti u obliku kvanta i buđenja signala unutar ćelije.
10. Upravo ta struktura generira impulse djelovanja i odmora.
11. Mehanička zaštita ćelije i njezinih struktura od malih deformacija i fizičkih utjecaja.
12. Stanična adhezija, tj. Adhezija i držanje blizu jedna drugoj, također se provodi pomoću membrane.

Stanični plazmalemom i citoplazma vrlo su blisko povezani. Plazma membrana je u bliskom kontaktu sa svim supstancama i molekulama, ionima koji prodiru u stanicu i slobodno se nalaze u viskoznom unutarnjem okruženju. Ovi spojevi pokušavaju ući u sve stanične strukture, ali barijera je samo membrana, koja može sama provesti različite vrste transporta. Ili ne preskočite neke vrste veza.

Vrste transporta preko ćelijske barijere

Transport kroz plazmatsku membranu provodi se na nekoliko načina, koje objedinjuje jedna zajednička fizička osobina - zakon difuzije tvari.

1. Pasivni transport ili difuzija i osmoza. To podrazumijeva slobodno kretanje iona i otapala kroz membranu duž gradijenta od područja s visokom koncentracijom do područja s niskom koncentracijom. Ne zahtijeva potrošnju energije, jer sama teče. To je učinak natrijeve kalijeve pumpe, promjene kisika i ugljičnog dioksida tijekom disanja, oslobađanje glukoze u krv i tako dalje. Fenomen olakšane difuzije je vrlo čest. Ovaj proces podrazumijeva prisutnost bilo koje pomoćne supstance koja se veže za željeni spoj i odvlači je duž proteinskog kanala ili kroz lipidni sloj u stanicu.
2. Aktivni transport podrazumijeva potrošnju energije za apsorpciju i izlučivanje kroz membranu. Postoje dva glavna načina: egzocitoza - uklanjanje molekula i iona van. Endocitoza - hvatanje i držanje unutar stanica čvrstih i tekućih čestica. S druge strane, druga metoda aktivnog transporta uključuje dvije vrste procesa. Fagocitoza, koja se sastoji u gutanju krutih molekula, supstanci, spojeva i iona od strane membrane vezikula i nošenja unutar stanice. Tijekom ovog procesa nastaju velike vezikule. Pinocytosis se, naprotiv, sastoji u upijanju kapljica tekućina, otapala i drugih tvari i njihovo nošenje unutar stanice. To uključuje stvaranje mjehurića male veličine.

Oba procesa - pinocytosis i phagocytosis - igraju važnu ulogu ne samo u transportu spojeva i tekućina, nego iu zaštiti stanica od ostataka mrtvih stanica, mikroorganizama i štetnih spojeva. Može se reći da su te metode aktivnog transporta također varijante imunološke zaštite stanice i njezinih struktura od različitih opasnosti.