Plazmová membrána: funkce, struktura

Buňka je dlouho definována jako strukturální jednotka všech živých věcí. A to je pravda. Koneckonců, miliardy těchto struktur, jako cihly, tvoří rostliny a zvířata, bakterie a mikroorganismy, člověk. Každý orgán, tkáň, systém těla - vše je stavěno z buněk.

Proto je velmi důležité znát všechny jemnosti její vnitřní struktury, chemické složení a biochemické reakce, které se dějí. V tomto článku zvažujeme, jaká je plazmatická membrána, funkce, které provádí, a strukturu.

Organellesovy buňky

Organelles jsou nazývány nejmenšími strukturními částmi, které jsou uvnitř buňky a poskytují strukturu a činnost. Tito zahrnují mnoho různých zástupců:

1. Plazmová membrána.
2. Jádro a nukleoly s chromozomálním materiálem.
3. Cytoplasma s inkluzemi.
4. Lysosomy.
5. Mitochondrie.
6. EPS (endoplazmatické retikulum).
7. Golgi komplex.
8. Ribosomy.
9. Vacuoly a chloroplasty, pokud rostlinné buňky.

Každá z těchto struktur má svou vlastní komplexní strukturu, tvoří ji námořnictvo (vysokomolekulární látky), vykonává striktně definované funkce a podílí se na komplexu biochemických reakcí, které zajišťují životně důležitou aktivitu celého organismu.

Celková struktura membrány

Struktura plazmové membrány byla studována od 18. století. Tehdy byla poprvé objevena její schopnost selektivně přeskakovat nebo zpožďovat látky. Při vývoji mikroskopie se studium jemné struktury a struktury membrány stalo více možné, a proto je dnes téměř vše známo.

Synonymem pro jeho hlavní název je plazmatickou membránu. Kompozice plazmatické membrány je tvořena třemi hlavními typy IUD:

• veverky;
• lipidy;
• uhlohydráty.

Poměr těchto sloučenin a umístění se může lišit od buněk různých organismů (rostlinných, živočišných nebo bakteriálních).

Model tekuté mozaiky struktury

Mnoho vědců se pokusilo spekulovat o tom, jak jsou v membráně umístěny lipidy a bílkoviny. Teprve v roce 1972 však vědci Singer a Nicholson navrhli relevantní a dnes model, který odráží strukturu plazmové membrány. Říká se tomu v tekuté mozaice a jeho podstatou je následující: různé typy lipidů jsou uspořádány ve dvou vrstvách, orientované na hydrofobní konce molekul dovnitř a hydrofilní na vnější straně. Současně je celá struktura, podobně jako mozaika, prostoupena nerovnými typy proteinových molekul, stejně jako malé množství hexóz (sacharidy).

Celý navrhovaný systém je v neustálé dynamice. Proteiny jsou schopny nejen proniknout do bilipidové vrstvy, ale také orientovat jednu ze svých stran a zabudovat ji dovnitř. Nebo obecně volně "chodit" na membráně, mění místo.

Důkazem v obhajobě a odůvodněním této teorie jsou údaje mikroskopické analýzy. V černobílých fotografiích jsou vrstvy membrány jasně viditelné, horní a spodní vrstvy jsou stejně tmavé a střední je lehčí. Také byla provedena řada experimentů, které dokládají, že vrstvy jsou založeny právě na lipidů a bílkovinách.

Plasmové membránové proteiny

Pokud uvážíme procento lipidů a bílkovin v membráně rostlinné buňky, pak to bude asi stejné - 40/40%. V živočišném plazmatu se až 60% vyskytuje u bílkovin, u bakterií až do 50%.

Plazmová membrána se skládá z různých typů proteinů a funkce každého z nich jsou také specifické.

1. Periferní molekuly. Jedná se o bílkoviny orientované na povrch vnitřních nebo vnějších částí lipidové dvojvrstvy. Hlavní typy interakcí mezi strukturou molekuly a vrstvou jsou následující:

• vodíkové vazby;
• iontových interakcí nebo solných mostů;
• elektrostatické přitažlivosti.

Samotné periferní proteiny jsou ve vodě rozpustné sloučeniny, takže je lze snadno oddělit od plazmové membrány. Jaké látky patří do těchto struktur? Nejběžnější a nejpočetnější - vláknitý proteinový spektrin. V hmotě všech membránových proteinů může být v jednotlivých buněčných plazmalemách až 75%.

Proč je potřeba a jak závisí plazmatická membrána na nich? Funkce jsou následující:

• tvorba cytoskeletu buňky;
• zachování trvalé podoby;
• omezení nadměrné pohyblivosti integrálních proteinů;
• koordinace a realizace přenosu iontů přes plazmolimu;
• mohou být připojeny k oligosacharidovým řetězcům a podílet se na transdukci receptorového signálu z a na membránu.

2. Semi-integrální proteiny. Tyto molekuly jsou ty, které jsou ponořeny do lipidové dvojvrstvy úplně nebo v polovině, v různých hloubkách. Příklady zahrnují bakteriologopsin, cytochrom oxidasu a další. Jsou také nazývány "ukotvenými" bílkovinami, to znamená, jako by byly připojeny uvnitř vrstvy. Co s nimi mohou kontaktovat a kvůli kterým se zakládají a jsou drženi? Nejčastěji kvůli speciálním molekulám, které mohou být kyseliny myristové nebo kyseliny palmitové, izopren nebo steroly. Například v plazmatické membráně zvířat se vyskytují poloviční integrální proteiny spojené s cholesterolem. U rostlin a bakterií se dosud nepodařilo najít.

3 Integrované bílkoviny. Jeden z nejdůležitějších v plazmovém lemu. Jsou to struktury, které tvoří něco podobného kanálům, které pronikají oběma vrstvami lipidů. Prostřednictvím těchto cest se do buňky zavádí mnoho molekul, takže lipidy se nedají proniknout. Hlavním úkolem integrálních konstrukcí je tedy vytvoření iontových kanálů pro dopravu.

Existují dva typy lipidové permeace:

• monotopická - jednou;
• polytopic - na několika místech.

Odrůdy integrálních proteinů zahrnují například glykoprin, proteolipidy, proteoglykany a další. Všechny z nich jsou nerozpustné ve vodě a těsně zapuštěné do lipidové vrstvy, proto je nemožné je odstranit bez poškození plazmové membrány. Podle jejich struktury jsou tyto globulární proteiny, jejich hydrofobní konec je umístěn uvnitř lipidové vrstvy a hydrofilní konec je nad ním a může vystupovat nad celou strukturu. Jaké interakce zachovávají integrální bílkoviny uvnitř? V tomto případě jim pomáhají hydrofobní atrakce k radikálům mastných kyselin.

Existuje tedy řada různých proteinových molekul, které zahrnují plazmatickou membránu. Struktura a funkce těchto molekul lze kombinovat do několika obecných bodů.

1. Strukturální periferní proteiny.
2. Proteiny katalytických enzymů (poloviční a integrální).
3. Receptor (periferní, integrální).
4. Doprava (integrál).

Plasmalemové lipidy

Kapalná lipidová dvojvrstva, která představuje plazmatickou membránu, může být velmi pohyblivá. Faktem je, že různé molekuly se mohou přenášet z horní vrstvy na nižší a naopak, tj. Struktura je dynamická. Takové přechody mají své jméno ve vědě - "flip-flop". To bylo tvořeno z názvu enzymu, který katalyzuje procesy restrukturalizace molekul v jedné monovrstvu nebo od vrcholu k dolní a zadní, flipase.

Množství lipidů, které obsahuje buněčná plazmatická membrána, je přibližně stejné jako množství bílkovin. Rozmanitost druhů je široká. Rozlišujeme tyto hlavní skupiny:

• fosfolipidy;
• sfingofosfolipidy;
• glykolipidy;
• cholesterolu.

Takové molekuly jako glycerofosfolipidy a sfingomyeliny patří do první skupiny fosfolipidů. Tyto molekuly tvoří základ membránové dvojvrstvy. Hydrofobní konce sloučenin jsou nasměrovány uvnitř vrstvy, hydrofilní končí. Příklady připojení:

• fosfatidylcholin;
• fosfatidylserin;
• kardiolipin;
• fosfatidylinositol;
• sfingomyelin;
• fosfatidylglycerol;
• fosfatidyletanolaminu.

Pro studium těchto molekul se používá metoda k zničení membránové vrstvy v některých částech fosfolipázou, což je speciální enzym, který katalyzuje proces rozkladu fosfolipidů.

Funkce uvedených sloučenin jsou následující:

1. Zajistěte celkovou strukturu a strukturu dvojvrstvy plazmové membrány.
2. Při styku s bílkovinami na povrchu a uvnitř vrstvy.
3. Stanoví se agregátní stav, který plazmatická membrána buňky bude mít za různých teplotních podmínek.
4. Účastněte se omezené propustnosti plazmové lemmy pro různé molekuly.
5. Vytvořte různé typy interakcí buněčné membrány (desmosome, štěrbinovitý prostor, těsný kontakt).

Sphingofosfolipidy a membránové glykolipidy

Svojí chemickou povahou jsou sfingomyeliny nebo sfingofosfolipidy deriváty aminoalkoholového sfingosinu. Spolu s fosfolipidy se podílejí na tvorbě bilipidové vrstvy membrány.

Glykolipidy zahrnují glycocalyx - látku, která velmi určuje vlastnosti plazmatické membrány. Jedná se o želé podobnou sloučeninu, která se skládá převážně z oligosacharidů. Glycocalyx užívá 10% celkové hmotnosti plazmatické membrány. Plazmatická membrána, struktura a funkce, které provádí, přímo souvisejí s touto látkou. Například glycocalyx poskytuje:

• membránová markerová funkce;
• receptor;
• procesy parietálního trávení částic uvnitř buňky.

Je třeba poznamenat, že přítomnost lipidového glykokalyxu je typická pouze pro živočišné buňky, nikoliv však pro rostliny, bakterie a houby.

Cholesterol (sterolová membrána)

Je to důležitá součást buněčné dvojvrstvy u savců. V rostlině se nevyskytuje ani u bakterií a hub. Z chemického hlediska je alkohol, cyklický, monatomický.

Stejně jako ostatní lipidy má vlastnosti amfifilicity (přítomnost hydrofilního a hydrofobního konce molekuly). V membráně hraje důležitou roli jako omezovač průtoku a dvouvrstvý regulátor průtoku. Také se podílí na produkci vitaminu D, je komplicem při tvorbě pohlavních hormonů.

V rostlinných buňkách jsou přítomny fytosteroly, které se nezúčastňují tvorby živočišných membrán. Podle některých údajů je známo, že tyto látky zajišťují odolnost rostlin vůči určitým druhům onemocnění.

Plazmatická membrána je tvořena cholesterolem a dalšími lipidy ve všeobecném interakčním komplexu.

Membránové sacharidy

Tato skupina látek tvoří asi 10% celkového složení plazmových membránových sloučenin. V jednoduché formě se nenacházejí mono-, di-, polysacharidy, ale pouze ve formě glykoproteinů a glykolipidů.

Jejich funkcími jsou kontrola intra- a intercelulárních interakcí, udržování určité struktury a polohy proteinových molekul v membráně, stejně jako provádění recepce.

Hlavní funkce plazmové membrány

Úloha, kterou hraje plazmatická membrána v buňce, je velmi velká. Jeho funkce jsou mnohostranné a důležité. Zvažte je podrobněji.

1. Vymezuje obsah buňky z prostředí a chrání jej před vnějšími vlivy. Vzhledem k přítomnosti membrány se chemické složení cytoplazmy a její obsah udržují na konstantní úrovni.
2. Plasmalem obsahuje množství bílkovin, sacharidů a lipidů, které poskytují a podporují určitý tvar buňky.
3. Membrána má každou buněčnou organelu, která se nazývá membrána (buňka).
4. Složení kompozice plazmové membrány jí umožňuje hrát roli "strážce" buňky a provádět selektivní transport uvnitř.
5. Receptory, enzymy, biologicky aktivní látky fungují v buňce a pronikají do ní, spolupracují s povrchovou membránou pouze membránovými bílkovinami a lipidy.
6. Prostřednictvím plazmaalému se přepravují nejen sloučeniny různé povahy, ale také ionty, které jsou důležité pro život (sodík, draslík, vápník a další).
7. Membrána udržuje osmotickou rovnováhu uvnitř a uvnitř buňky.
8. Pomocí plazmalemmy je přenos iontů a sloučenin různého charakteru, elektronů, hormonů z cytoplazmy na organely.
9. Díky tomu dochází k absorpci slunečního světla ve formě kvant a probuzení signálů uvnitř buňky.
10. Tato struktura vytváří impulsy působení a odpočinku.
11. Mechanická ochrana buňky a její struktury před malými deformacemi a fyzickými nárazy.
12. Přilnavost buněk, tj. Adheze a jejich udržování blízko sebe, je rovněž prováděna membránou.

Buněčný plasmalem a cytoplazma jsou velmi úzce propojeny. Plazmatická membrána je v těsném kontaktu se všemi látkami a molekulami, ionty, které pronikají do buňky a jsou volně umístěny ve viskózním vnitřním prostředí. Tyto sloučeniny se snaží dostat dovnitř všech buněčných struktur, ale bariéra je jen membrána, která je schopna provádět různé druhy dopravy přes sebe. Nepropusťte některé typy připojení.

Druhy dopravy přes buněčnou bariéru

Transport přes plazmovou membránu se provádí několika způsoby, které jsou spojeny jedním běžným fyzickým znakem - zákonem o difúzi látek.

1. Pasivní transport nebo difúze a osmóza. Zahrnuje volný pohyb iontů a rozpouštědla přes membránu podél gradientu z oblasti s vysokou koncentrací do oblasti s nízkou koncentrací. Nevyžaduje spotřebu energie, protože proudí sama od sebe. To je účinek čerpadla sodíku a draslíku, změna kyslíku a oxidu uhličitého během dýchání, uvolňování glukózy do krve a tak dále. Fenomén usnadněné difúze je velmi častý. Tento proces znamená přítomnost jakékoliv pomocné látky, která se přidává k požadované sloučenině a přetáhne ji přes proteinový kanál nebo přes lipidovou vrstvu do buňky.
2. Aktivní transport znamená spotřebu energie pro absorpci a vylučování membránou. Existují dva hlavní způsoby: exocytóza - odstranění molekul a iontů zvenčí. Endocytóza - zachycení a držení pevných a kapalných částic uvnitř buněk. Na druhou stranu druhá metoda aktivní dopravy zahrnuje dva typy procesů. Fagocytóza, která spočívá v polykání pevných molekul, látek, sloučenin a iontů membránou vezikuly a jejich přenášení uvnitř buňky. V průběhu tohoto procesu se vytvářejí velké vezikuly. Pinocytóza naopak spočívá v absorpci kapiček kapalin, rozpouštědel a dalších látek a jejich přenášení uvnitř buňky. Zahrnuje vytvoření bublin malé velikosti.

Oba procesy - pinocytóza a fagocytóza - hrají důležitou roli nejen při transportu sloučenin a tekutin, ale také při ochraně buněk před úlomky mrtvých buněk, mikroorganismů a škodlivých sloučenin. Lze říci, že tyto metody aktivní dopravy jsou také varianty imunologické ochrany buňky a jejích struktur před různými nebezpečími.