У дома > Врати > Клетъчната мембрана е нейната структура. Клетъчна мембрана: структура и функция. Структурата и функцията на клетъчната мембрана


Клетъчната мембрана е нейната структура. Клетъчна мембрана: структура и функция. Структурата и функцията на клетъчната мембрана




Основната структурна единица на живия организъм е клетката, която е диференцирана част от цитоплазмата, заобиколена от клетъчна мембрана. Поради факта, че клетката изпълнява много важни функции, като размножаване, хранене, движение, мембраната трябва да бъде пластична и плътна.

Историята на откриването и изследването на клетъчната мембрана

През 1925 г. Грендел и Гордър провеждат успешен експеримент за идентифициране на "сенките" на еритроцитите или празните мембрани. Въпреки няколко грешки, учените откриха липидния двуслой. Творбите им са продължени от Даниел, Доусън през 1935 г., Робъртсън през 1960 г. В резултат на дългогодишна работа и натрупване на аргументи през 1972 г. Сингър и Никълсън създават флуидно-мозаичен модел на структурата на мембраната. По-нататъшни експерименти и изследвания потвърдиха работата на учените.

смисъл

Какво представлява клетъчната мембрана? Тази дума започва да се използва преди повече от сто години, в превод от латински означава "филм", "кожа". Това обозначава границата на клетката, която е естествена бариера между вътрешното съдържание и външната среда. Структурата на клетъчната мембрана предполага полупропускливост, поради което влагата и хранителните вещества и продуктите на разпад могат свободно да преминават през нея. Тази обвивка може да се нарече основният структурен компонент на организацията на клетката.

Помислете за основните функции на клетъчната мембрана

1. Разделя вътрешното съдържание на клетката и компонентите на външната среда.

2. Допринася за поддържане на постоянен химичен състав на клетката.

3. Регулира правилния метаболизъм.

4. Осигурява взаимовръзка между клетките.

5. Разпознава сигнали.

6. Защитна функция.

"плазмена обвивка"

Външната клетъчна мембрана, наричана още плазмена мембрана, е ултрамикроскопичен филм с дебелина от пет до седем наномилиметра. Състои се основно от протеинови съединения, фосфолиди, вода. Филмът е еластичен, лесно абсорбира вода, а също така бързо възстановява целостта си след повреда.

Различава се с универсална структура. Тази мембрана заема гранична позиция, участва в процеса на селективна пропускливост, елиминиране на продуктите на разпад и ги синтезира. Връзката със „съседите“ и надеждната защита на вътрешното съдържание от повреда го прави важен компонент в такъв въпрос като структурата на клетката. Клетъчната мембрана на животинските организми понякога се оказва покрита с най-тънкия слой - гликокаликс, който включва протеини и полизахариди. Растителните клетки извън мембраната са защитени от клетъчната стена, която изпълнява функциите на поддържане и поддържане на формата. Основният компонент в състава му са фибри (целулоза) - полизахарид, който не е разтворим във вода.

По този начин външната клетъчна мембрана изпълнява функцията на възстановяване, защита и взаимодействие с други клетки.

Структура на клетъчната мембрана

Дебелината на тази подвижна обвивка варира от шест до десет наномилиметра. Клетъчната мембрана на клетката има специален състав, базиран на липиден двуслой. Хидрофобните опашки, инертни към водата, са поставени отвътре, докато хидрофилните глави, взаимодействащи с водата, са обърнати навън. Всеки липид е фосфолипид, който е резултат от взаимодействието на вещества като глицерол и сфингозин. Липидната рамка е тясно заобиколена от протеини, които са разположени в прекъснат слой. Част от тях са потопени в липидния слой, останалите преминават през него. В резултат на това се образуват водопропускливи зони. Функциите, изпълнявани от тези протеини, са различни. Някои от тях са ензими, други са транспортни протеини, които пренасят различни вещества от външната среда към цитоплазмата и обратно.

Клетъчната мембрана е напълно пропита и тясно свързана с интегрални протеини, а връзката с периферните е по-слаба. Тези протеини изпълняват важна функция, която се състои в поддържане на структурата на мембраната, получаване и преобразуване на сигнали от околната среда, транспортиране на вещества и катализиране на реакциите, които протичат върху мембраните.

Състав

Основата на клетъчната мембрана е бимолекулен слой. Поради своята непрекъснатост, клетката има бариерни и механични свойства. На различни етапи от живота този двуслой може да бъде нарушен. В резултат на това се образуват структурни дефекти на хидрофилни пори. В този случай могат да се променят абсолютно всички функции на такъв компонент като клетъчна мембрана. В този случай ядрото може да пострада от външни влияния.

Имоти

Клетъчната мембрана на клетката има интересни характеристики. Поради своята течливост, тази обвивка не е твърда структура и по-голямата част от протеините и липидите, които я съставят, се движат свободно по равнината на мембраната.

Като цяло клетъчната мембрана е асиметрична, поради което съставът на протеиновия и липидния слой е различен. Плазмените мембрани в животинските клетки от външната си страна имат гликопротеинов слой, който изпълнява рецепторни и сигнални функции, а също така играе важна роля в процеса на комбиниране на клетките в тъкан. Клетъчната мембрана е полярна, тоест отвън зарядът е положителен, а отвътре е отрицателен. В допълнение към всичко по-горе, клетъчната мембрана има селективно прозрение.

Това означава, че освен вода, в клетката се предава само определена група молекули и йони от разтворени вещества. Концентрацията на вещество като натрий в повечето клетки е много по-ниска, отколкото във външната среда. Калиевите йони се характеризират с различно съотношение: тяхното количество в клетката е много по-високо, отколкото в околната среда. В тази връзка натриевите йони са склонни да проникват в клетъчната мембрана, а калиевите йони са склонни да се отделят навън. При тези обстоятелства мембраната активира специална система, която изпълнява "помпеща" роля, изравнявайки концентрацията на веществата: натриевите йони се изпомпват към клетъчната повърхност, а калиеви йони се изпомпват вътре. Тази характеристика е една от най-важните функции на клетъчната мембрана.

Тази тенденция на натриеви и калиеви йони да се движат навътре от повърхността играе важна роля в транспортирането на захар и аминокиселини в клетката. В процеса на активно отстраняване на натриевите йони от клетката, мембраната създава условия за нови доставки на глюкоза и аминокиселини вътре. Напротив, в процеса на прехвърляне на калиеви йони в клетката се попълва броят на "транспортьорите" на продуктите на разпада от вътрешността на клетката към външната среда.

Как клетката се храни през клетъчната мембрана?

Много клетки абсорбират вещества чрез процеси като фагоцитоза и пиноцитоза. При първия вариант се създава малка вдлъбнатина от гъвкавата външна мембрана, в която се намира уловената частица. Тогава диаметърът на вдлъбнатината става по-голям, докато заобиколена частица навлезе в клетъчната цитоплазма. Чрез фагоцитозата се хранят някои протозои, например амеба, както и кръвни клетки - левкоцити и фагоцити. По същия начин клетките абсорбират течност, която съдържа основни хранителни вещества. Това явление се нарича пиноцитоза.

Външната мембрана е тясно свързана с ендоплазмения ретикулум на клетката.

При много видове от основните компоненти на тъканта, издатини, гънки и микровили са разположени на повърхността на мембраната. Растителните клетки извън тази обвивка са покрити с друга, дебела и ясно различима под микроскоп. Влакното, от което са направени, помага за поддържането на растителни тъкани като дърво. Животинските клетки също имат редица външни структури, които седят върху клетъчната мембрана. Те са изключително защитни по природа, пример за което е хитинът, съдържащ се в обвивните клетки на насекомите.

В допълнение към клетъчната мембрана има и вътреклетъчна мембрана. Неговата функция е да раздели клетката на няколко специализирани затворени отделения – отделения или органели, където трябва да се поддържа определена среда.

По този начин е невъзможно да се надценява ролята на такъв компонент от основната единица на живия организъм като клетъчната мембрана. Структурата и функциите предполагат значително разширяване на общата клетъчна повърхност, подобряване на метаболитните процеси. Тази молекулярна структура включва протеини и липиди. Чрез отделяне на клетката от външната среда, мембраната осигурява нейната цялост. С негова помощ междуклетъчните връзки се поддържат на достатъчно силно ниво, образувайки тъкани. В тази връзка можем да заключим, че една от най-важните роли в клетката играе клетъчната мембрана. Структурата и изпълняваните от него функции са коренно различни в различните клетки, в зависимост от предназначението им. Чрез тези характеристики се постига разнообразна физиологична активност на клетъчните мембрани и тяхната роля в съществуването на клетките и тъканите.

Клетъчната мембрана има доста сложна структуракоито могат да се видят през електронен микроскоп. Грубо казано, той се състои от двоен слой липиди (мазнини), в който на различни места са включени различни пептиди (протеини). Общата дебелина на мембраната е около 5-10 nm.

Общият план на структурата на клетъчната мембрана е универсален за целия жив свят. Животинските мембрани обаче съдържат включвания на холестерол, което определя неговата твърдост. Разликата между мембраните на различните царства организми се отнася главно до надмембранните образувания (слоеве). Така че при растенията и гъбите клетъчната стена се намира над мембраната (отвън). При растенията се състои главно от целулоза, а при гъбите от веществото хитин. При животните надмембранният слой се нарича гликокаликс.

По друг начин се нарича клетъчната мембрана цитоплазмена мембранаили плазмена мембрана.

По-задълбочено изследване на структурата на клетъчната мембрана разкрива много от нейните особености, свързани с изпълняваните функции.

Липидният двуслой се състои главно от фосфолипиди. Това са мазнини, единият край на които съдържа остатък от фосфорна киселина, който има хидрофилни свойства (тоест привлича водни молекули). Другият край на фосфолипида са вериги на мастни киселини с хидрофобни свойства (не образуват водородни връзки с вода).

Фосфолипидните молекули в клетъчната мембрана са подредени в два реда, така че хидрофобните им „краища“ са вътре, а хидрофилните им „глави“ са отвън. Оказва се доста здрава структура, която предпазва съдържанието на клетката от външната среда.

Протеиновите включвания в клетъчната мембрана са неравномерно разпределени, освен това са подвижни (тъй като фосфолипидите в бислоя имат странична подвижност). От 70-те години на XX век започват да говорят за течно-мозаечна структура на клетъчната мембрана.

В зависимост от това как протеинът е част от мембраната, се разграничават три вида протеини: интегрални, полуинтегрални и периферни. Интегралните протеини преминават през цялата дебелина на мембраната, а краищата им стърчат от двете й страни. Те изпълняват предимно транспортна функция. При полуинтегралните протеини единият край е разположен в дебелината на мембраната, а другият се простира навън (от външната или вътрешната) страна. Те изпълняват ензимни и рецепторни функции. Периферните протеини са разположени на външната или вътрешната повърхност на мембраната.

Структурните особености на клетъчната мембрана показват, че тя е основният компонент на повърхностния комплекс на клетката, но не и единственият. Другите му компоненти са надмембранният слой и субмембранният слой.

Гликокаликсът (супрамембранният слой на животните) се образува от олигозахариди и полизахариди, както и от периферни протеини и изпъкнали части от интегрални протеини. Компонентите на гликокаликса изпълняват рецепторна функция.

Освен гликокаликса, животинските клетки имат и други надмембранни образувания: слуз, хитин, перилема (подобно на мембрана).

Супрамембранната формация в растенията и гъбите е клетъчната стена.

Подмембранният слой на клетката е повърхностната цитоплазма (хиалоплазма) с навлизащата в нея поддържащо-контрактилна система на клетката, чиито фибрили взаимодействат с протеините, влизащи в клетъчната мембрана. Чрез такива съединения от молекули се предават различни сигнали.

Природата е създала много организми и клетки, но въпреки това структурата и повечето от функциите на биологичните мембрани са едни и същи, което ни позволява да разгледаме тяхната структура и да изучаваме техните ключови свойства, без да се свързваме с определен тип клетка.

Какво е мембрана?

Мембраните са защитен елемент, който е неразделна част от клетката на всеки жив организъм.

Структурната и функционална единица на всички живи организми на планетата е клетката. Жизнената му дейност е неразривно свързана със средата, с която обменя енергия, информация, вещество. И така, необходимата за функционирането на клетката хранителна енергия идва отвън и се изразходва за изпълнението на различни функции от нея.

Структурата на най-простата структурна единица на живия организъм: органелна мембрана, различни включвания. Той е заобиколен от мембрана, вътре в която са разположени ядрото и всички органели. Това са митохондрии, лизозоми, рибозоми, ендоплазмен ретикулум. Всеки структурен елемент има своя собствена мембрана.

Роля в жизнената дейност на клетката

Биологичната мембрана играе кулминационна роля в структурата и функционирането на елементарната жива система. Само клетка, заобиколена от защитна мембрана, с право може да се нарече организъм. Процес като метаболизма също се осъществява поради наличието на мембрана. Ако се наруши структурната му цялост, това води до промяна във функционалното състояние на организма като цяло.

Клетъчната мембрана и нейните функции

Той отделя цитоплазмата на клетката от външната среда или от мембраната. Клетъчната мембрана осигурява правилното изпълнение на специфични функции, специфичността на междуклетъчните контакти и имунните прояви, поддържа трансмембранната разлика в електрическия потенциал. Съдържа рецептори, способни да възприемат химически сигнали – хормони, медиатори и други биологично активни компоненти. Тези рецептори му дават друга способност - да променя метаболитната активност на клетката.

Функции на мембраната:

1. Активен транспорт на вещества.

2. Пасивен пренос на вещества:

2.1. Дифузията е проста.

2.2. Прехвърляне през порите.

2.3. Транспортът се осъществява чрез дифузия на носителя заедно с мембранното вещество или чрез пренасяне на веществото по протежение на молекулярната верига на носителя.

3. Прехвърляне на неелектролити поради проста и лесна дифузия.

Структура на клетъчната мембрана

Съставните елементи на клетъчната мембрана са липиди и протеини.

Липиди: фосфолипиди, фосфатидилетаноламин, сфингомиелин, фосфатидилинозитол и фосфатидилсерин, гликолипиди. Делът на липидите е 40-90%.

Протеини: периферни, интегрални (гликопротеини), спектрин, актин, цитоскелет.

Основният структурен елемент е двоен слой от фосфолипидни молекули.

Покривна мембрана: определение и типология

Някои статистики. На територията на Руската федерация мембраната се използва като покривен материал не толкова отдавна. Специфичното тегло на мембранните покриви от общия брой меки покривни плочи е само 1,5%. Битумните и мастичните покриви са по-разпространени в Русия. Но в Западна Европа мембранните покриви представляват 87%. Разликата е осезаема.

По правило мембраната като основен материал за припокриване на покрива е идеална за плоски покриви. За тези с голям наклон е по-малко подходящ.

Обемите на производство и продажби на мембранни покриви на вътрешния пазар имат положителна тенденция на растеж. Защо? Причините са повече от ясни:

  • Срокът на експлоатация е около 60 години. Представете си, само гаранционният срок на употреба, който е зададен от производителя, достига 20 години.
  • Лесна инсталация. За сравнение, монтажът на асфалтов покрив отнема 1,5 пъти повече време от монтажа на мембранното припокриване.
  • Лесна поддръжка и ремонт.

Дебелината на покривните мембрани може да бъде 0,8-2 мм, а средното тегло на един квадратен метър е 1,3 кг.

Свойства на покривната мембрана:

  • еластичност;
  • сила;
  • устойчивост на ултравиолетови лъчи и други агресорни среди;
  • устойчивост на замръзване;
  • рефрактерност.

Покривната мембрана е три вида. Основната характеристика на класификацията е видът на полимерния материал, който съставя основата на мрежата. И така, покривните мембрани са:

  • принадлежащ към групата на EPDM, направен на базата на полимеризиран етилен-пропилен-диен-мономер, или по-просто, предимства: висока якост, еластичност, водоустойчивост, екологичност, ниска цена. Недостатъци: лепилна технология на свързване на тъкани чрез използване на специална лента, ниски показатели за якост на свързване. Обхват на приложение: използва се като хидроизолационен материал за тунелни тавани, водоизточници, складове за отпадъци, изкуствени и естествени резервоари и др.
  • PVC мембрани. Това са корпуси, при производството на които поливинилхлоридът се използва като основен материал. Предимства: UV устойчивост, огнеустойчивост, широка гама от цветове на мембранните листове. Недостатъци: ниска устойчивост на битумни материали, масла, разтворители; отделя вредни вещества в атмосферата; цветът на платното избледнява с времето.
  • TPO. Изработен от термопластични олефини. Могат да бъдат подсилени и неподсилени. Първите са оборудвани с полиестерна мрежа или плат от фибростъкло. Предимства: екологичност, издръжливост, висока еластичност, устойчивост на температура (както при високи, така и при ниски температури), заварени съединения на тъканите. Недостатъци: висока ценова категория, липса на производители на вътрешния пазар.

Мембраната е профилирана: характеристики, характеристики и предимства

Оформена мембрана - е иновация на строителния пазар. Такава мембрана се използва като хидроизолационен материал.

Веществото, използвано при производството - полиетилен. Последният е от два вида: полиетилен с висока плътност (LDPE) и полиетилен с ниска плътност (HDPE).

Технически характеристики на LDPE и HDPE мембраната

Индекс

Якост на скъсване (MPa)

Удължение на опън (%)

Плътност (kg/m3)

Якост на натиск (MPa)

Якост на удар (назъбена) (KJ / кв. М)

Модул на огъване (MPa)

Твърдост (MPa)

Работна температура (˚С)

от -60 до +80

от -60 до +80

Дневна скорост на усвояване на вода (%)

Оформената диафрагма на полиетилена с високо налягане има специфична повърхност - кухи пъпки. Височината на тези образувания може да варира от 7 до 20 мм. Вътрешната повърхност на мембраната е гладка. Това позволява безпроблемно огъване на строителния материал.

Промяната във формата на отделни участъци от мембраната е изключена, тъй като налягането се разпределя равномерно върху цялата й площ поради наличието на всички същите издатини. Геомембраната може да се използва като вентилационна изолация. В този случай се осигурява свободен топлообмен вътре в сградата.

Предимства на профилираните мембрани:

  • повишена здравина;
  • топлоустойчивост;
  • устойчивост на химични и биологични влияния;
  • дълъг експлоатационен живот (повече от 50 години);
  • лекота на инсталиране и поддръжка;
  • достъпна цена.

Профилираните мембрани са три вида:

  • с еднослойно платно;
  • двуслойна лента = + дренажна геотекстилна мембрана;
  • с трислоен плат = хлъзгава повърхност + геотекстил + дренажна мембрана.

Еднослойна профилирана мембрана се използва за защита на основната хидроизолация, монтаж и демонтаж на бетонова подготовка на стени с висока влажност. При оборудването се използва двуслоен защитен. Състои се от три слоя се използва върху почва, която се поддава на измръзване, и почвена почва, разположена дълбоко.

Области на приложение за дренажни мембрани

Профилираната мембрана се използва в следните области:

  1. Основна хидроизолация на основата. Осигурява надеждна защита срещу разрушителното въздействие на подпочвените води, кореновите системи на растенията, слягането на почвата, механичните повреди.
  2. Стенен дренаж на основата. Неутрализира въздействието на подпочвените води, валежите, като ги пренася към дренажната система.
  3. Хоризонтален тип - защита срещу деформация поради конструктивни особености.
  4. Аналогично на бетоновата подготовка. Работи в случай на строителни работи по издигане на сгради в зоната на ниски подпочвени води, в случаите, когато има хоризонтална хидроизолация за защита от капилярна влага. Също така, функцията на профилираната мембрана е да предотврати преминаването на циментово мляко в земята.
  5. Вентилационни стенни повърхности с висока влажност. Може да се монтира както от вътрешната, така и от външната страна на помещението. В първия случай се активира циркулацията на въздуха, докато вторият осигурява оптимална влажност и температура.
  6. Използван инверсионен покрив.

Супер дифузионна мембрана

Супердифузионната мембрана е материал от ново поколение, чиято основна цел е да предпазва елементите на покривната конструкция от вятърни явления, валежи, пара.

Производството на защитен материал се основава на използването на нетъкани материали, плътни висококачествени влакна. Трислойните и четирислойните мембрани са популярни на вътрешния пазар. Обратната връзка от експерти и потребители потвърждава, че колкото повече слоеве са в основата на конструкцията, толкова по-силни са нейните защитни функции и следователно по-висока е енергийната ефективност на помещението като цяло.

В зависимост от вида на покрива, характеристиките на неговия дизайн, климатичните условия, производителите препоръчват да се даде предпочитание на един или друг вид дифузионни мембрани. И така, те съществуват за скатни покриви на сложни и прости конструкции, за скатни покриви с минимален наклон, за покриви с шевово покритие и др.

Супердифузионната мембрана се полага директно върху топлоизолационния слой, дъската. Няма нужда от вентилационна междина. Материалът е прикрепен скоба или стоманени пирони. Ръбовете на дифузионните листове са свързани; работата е разрешена дори при екстремни условия: при силни пориви на вятъра и др.

Освен това въпросното покритие може да се използва като временно припокриване на покрива.

PVC мембрани: същност и предназначение

TFC мембрани - материал за покрива, изработен от поливинилхлорид и притежаващ еластични свойства. Такъв модерен покривен материал напълно замени аналозите на битумна ролка, които имат значителен недостатък - необходимостта от системна поддръжка и ремонт. Днес характерните особености на PVC мембраните правят възможно използването им при извършване на ремонтни работи на стари плоски покриви. Използват се и при монтаж на нови покриви.

Покривът, изработен от такъв материал, е лесен за използване, а монтажът му е възможен на всякакъв вид повърхност, по всяко време на годината и при всякакви метеорологични условия. PVC мембраната има следните свойства:

  • сила;
  • стабилност при излагане на UV лъчи, различни видове валежи и точково натоварване на повърхността.

Благодарение на уникалните свойства на PVC мембраната ще ви служи вярно дълги години. Срокът на използване на такъв покрив е равен на живота на сградата, докато ролковите покривни материали изискват редовна поддръжка и в някои случаи изобщо при демонтаж и монтаж на нови подове.

PVC мембранните листове се свързват помежду си чрез заваряване с горещ въздух, чиято температура е в диапазона от 400-600 градуса по Целзий. Тази връзка е напълно запечатана.

Предимства на PVC мембраните

Техните предимства са очевидни:

  • гъвкавост на покривната система, която най-добре отговаря на строителния проект;
  • издръжлив, херметичен свързващ шев между мембранните листове;
  • идеална толерантност към изменението на климата, метеорологичните условия, температура, влажност;
  • повишена паропропускливост, която насърчава изпаряването на влагата, натрупана в подпокривното пространство;
  • много цветови опции;
  • противопожарни свойства;
  • способността да се поддържат оригиналните свойства и външен вид за дълъг период от време;
  • PVC мембраната е абсолютно екологичен материал, което се потвърждава от съответните сертификати;
  • процесът на инсталиране е механизиран, така че не отнема много време;
  • правилата за експлоатация позволяват инсталирането на различни архитектурни допълнения директно върху самия покрив от PVC мембрана;
  • еднослойният стайлинг ще ви спести пари;
  • лекота на поддръжка и ремонт.

Мембранна тъкан

Мембранната тъкан е позната от дълго време в текстилната индустрия. Обувките и дрехите са изработени от този материал: възрастни и деца. Мембраната е основата на мембранната тъкан, представена под формата на тънък полимерен филм и имаща такива характеристики като водоустойчивост и паропропускливост. За производството на този материал този филм е покрит с външни и вътрешни защитни слоеве. Тяхната структура се определя от самата мембрана. Това се прави, за да се запазят всички полезни свойства дори в случай на повреда. С други думи, мембранното облекло не се намокри, когато е изложено на валежи под формата на сняг или дъжд, но в същото време перфектно пропуска парата от тялото към външната среда. Тази пропускливост позволява на кожата да диша.

Имайки предвид всичко по-горе, можем да заключим, че идеалното зимно облекло е изработено от такъв плат. Мембраната, лежаща в основата на тъканта, в този случай може да бъде:

  • с пори;
  • без пори;
  • комбинирани.

Тефлонът е включен в състава на мембрани с много микропори. Размерите на такива пори дори не достигат размерите на капка вода, а са по-големи от водна молекула, което показва водоустойчивост и способност за отстраняване на потта.

Мембраните, които нямат пори, обикновено са направени от полиуретан. Техният вътрешен слой концентрира в себе си всички потни секрети на човешкото тяло и ги изтласква навън.

Структурата на комбинираната мембрана предполага наличието на два слоя: порест и гладък. Тази тъкан има висококачествени характеристики и ще продължи много години.

Благодарение на тези предимства, дрехите и обувките, изработени от мембранни тъкани и предназначени за носене през зимния сезон, издръжливи, но леки, отлично предпазват от замръзване, влага, прах. Те са просто незаменими за много активни видове зимен отдих, алпинизъм.

През 1972 г. е изложена теория, според която частично пропусклива мембрана обгражда клетката и изпълнява редица жизненоважни задачи, а структурата и функцията на клетъчните мембрани са важни въпроси относно правилното функциониране на всички клетки в тялото. става широко разпространен през 17 век, заедно с изобретяването на микроскопа. Стана известно, че растителните и животинските тъкани са съставени от клетки, но поради ниската разделителна способност на устройството не беше възможно да се видят бариери около животинската клетка. През 20-ти век химическата природа на мембраната е изследвана по-подробно, установено е, че тя се основава на липиди.

Структурата и функцията на клетъчните мембрани

Клетъчната мембрана обгражда цитоплазмата на живите клетки, отделяйки физически вътреклетъчните компоненти от външната среда. Гъбите, бактериите и растенията също имат клетъчни стени, които осигуряват защита и предотвратяват преминаването на големи молекули. Клетъчните мембрани също играят роля в образуването на цитоскелета и прикрепването на други жизненоважни частици към извънклетъчния матрикс. Това е необходимо, за да се задържат заедно, образувайки тъканите и органите на тялото. Структурните характеристики на клетъчната мембрана включват пропускливост. Основната функция е защита. Мембраната се състои от фосфолипиден слой с вградени протеини. Тази част участва в процеси като клетъчна адхезия, йонна проводимост и сигнални системи и служи като повърхност за закрепване за няколко извънклетъчни структури, включително стената, гликокаликса и вътрешния цитоскелет. Мембраната също така запазва потенциала на клетката, като действа като селективен филтър. Той е селективно пропусклив за йони и органични молекули и контролира движението на частиците.

Биологични механизми, включващи клетъчната мембрана

1. Пасивна дифузия: някои вещества (малки молекули, йони), като въглероден диоксид (CO2) и кислород (O2), могат да дифундират през плазмената мембрана. Обвивката действа като бариера за определени молекули и йони, които могат да се концентрират от двете страни.

2. Трансмембранен протеин на канали и транспортери: хранителните вещества, като глюкоза или аминокиселини, трябва да влязат в клетката, а някои метаболитни продукти трябва да я напуснат.

3. Ендоцитозата е процес, чрез който молекулите се абсорбират. Създава се лека деформация (инвагинация) в плазмената мембрана, в която се поглъща субстанцията, която трябва да се транспортира. Той изисква енергия и по този начин е форма на активен транспорт.

4. Екзоцитоза: възниква в различни клетки за отстраняване на неразградени остатъци, донесени от ендоцитоза, за отделяне на вещества като хормони и ензими и за транспортиране на веществото напълно през клетъчната бариера.

Молекулна структура

Клетъчната мембрана е биологична мембрана, състояща се главно от фосфолипиди и отделяща съдържанието на цялата клетка от външната среда. Процесът на образуване протича спонтанно при нормални условия. За да се разбере този процес и правилно да се опишат структурата и функцията на клетъчните мембрани, както и свойствата, е необходимо да се оцени естеството на фосфолипидните структури, които се характеризират със структурна поляризация. Когато фосфолипидите във водната среда на цитоплазмата достигнат критична концентрация, те се обединяват в мицели, които са по-стабилни във водната среда.

Свойства на мембраната

  • стабилност. Това означава, че веднъж образувана, разграждането на мембраната е малко вероятно.
  • Сила. Липидната мембрана е достатъчно надеждна, за да предотврати преминаването на полярното вещество; както разтворените вещества (йони, глюкоза, аминокиселини), така и много по-големи молекули (протеини) не могат да преминат през образуваната граница.
  • Динамичен характер. Това е може би най-важното свойство при разглеждане на структурата на клетката. Клетъчната мембрана може да претърпи различни деформации, може да се сгъва и огъва, без да се срутва. При специални обстоятелства, например при сливане на везикули или пъпкуване, той може да бъде нарушен, но само временно. При стайна температура неговите липидни компоненти са в постоянно, хаотично движение, образувайки стабилна граница на течността.

Модел на течна мозайка

Говорейки за структурата и функцията на клетъчните мембрани, важно е да се отбележи, че в съвременния възглед мембраната като модел на течна мозайка е разглеждана през 1972 г. от учените Сингър и Никълсън. Тяхната теория отразява три основни характеристики на структурата на мембраната. Integral насърчава мозаечен модел за мембраната и те са способни на странично движение в равнината поради променливия характер на липидната организация. Трансмембранните протеини също са потенциално мобилни. Важна характеристика на структурата на мембраната е нейната асиметрия. Каква е структурата на клетката? Клетъчна мембрана, ядро, протеини и т.н. Клетката е основната единица на живота и всички организми са изградени от една или много клетки, всяка от които има естествена бариера, която я отделя от околната среда. Тази външна клетъчна граница се нарича още плазмена мембрана. Състои се от четири различни вида молекули: фосфолипиди, холестерол, протеини и въглехидрати. Моделът на течната мозайка описва структурата на клетъчната мембрана, както следва: гъвкава и еластична, наподобява по консистенция растително масло, така че всички отделни молекули просто плуват в течна среда и всички те са способни да се движат странично в тази мембрана. Мозайката е нещо, което съдържа много различни детайли. В плазмената мембрана той е представен от фосфолипиди, холестеролни молекули, протеини и въглехидрати.

Фосфолипиди

Фосфолипидите съставляват основната структура на клетъчната мембрана. Тези молекули имат два различни края: глава и опашка. Главният край съдържа фосфатна група и е хидрофилен. Това означава, че е привлечен от водните молекули. Опашката е изградена от водородни и въглеродни атоми, наречени вериги на мастни киселини. Тези вериги са хидрофобни и не обичат да се смесват с водни молекули. Този процес е подобен на този, който се случва, когато изсипете растително масло във вода, тоест то не се разтваря в него. Структурните особености на клетъчната мембрана са свързани с така наречения липиден двуслой, който се състои от фосфолипиди. Хидрофилните фосфатни глави винаги се намират там, където има вода под формата на вътреклетъчна и извънклетъчна течност. Хидрофобните опашки на фосфолипидите в мембраната са организирани по такъв начин, че да ги държат далеч от водата.


Холестерол, протеини и въглехидрати

Когато хората чуят думата "холестерол", те обикновено си мислят, че това е лошо. Въпреки това, всъщност холестеролът е много важен компонент на клетъчните мембрани. Неговите молекули са съставени от четири пръстена от водородни и въглеродни атоми. Те са хидрофобни и се срещат сред хидрофобни опашки в липидния двуслой. Тяхното значение е в поддържането на консистенция, те укрепват мембраните, предотвратявайки преминаването им. Молекулите на холестерола също предпазват фосфолипидните опашки от контакт и втвърдяване. Това гарантира плавност и гъвкавост. Мембранните протеини действат като ензими за ускоряване на химичните реакции, действат като рецептори за специфични молекули или транспортират вещества през клетъчната мембрана.

Въглехидратите или захаридите се намират само от извънклетъчната страна на клетъчната мембрана. Заедно те образуват гликокаликс. Осигурява амортизация и защита на плазмената мембрана. Въз основа на структурата и вида на въглехидратите в гликокаликса, тялото може да разпознае клетките и да определи дали трябва да са там или не.

Мембранни протеини

Структурата на клетъчната мембрана не може да се представи без такъв важен компонент като протеин. Въпреки това, те могат да бъдат значително по-ниски по размер от друг важен компонент - липидите. Има три вида основни мембранни протеини.

  • Интегрална. Те покриват изцяло двуслойната, цитоплазмата и извънклетъчната среда. Те изпълняват транспортна и сигнална функция.
  • Периферни. Протеините се прикрепват към мембраната чрез електростатични или водородни връзки в техните цитоплазмени или извънклетъчни повърхности. Те участват предимно като средство за свързване на интегралните протеини.
  • Трансмембранна. Те изпълняват ензимни и сигнални функции, а също така модулират основната структура на липидния двуслой на мембраната.

Функции на биологичните мембрани

Хидрофобният ефект, който регулира поведението на въглеводородите във водата, контролира структурите, образувани от мембранни липиди и мембранни протеини. Много свойства на мембраните се придават от носителите на липидни двуслойни слоеве, които формират основната структура за всички биологични мембрани. Интегралните мембранни протеини са частично скрити в липидния двуслой. Трансмембранните протеини имат специализирана организация на аминокиселини в тяхната първична последователност.

Периферните мембранни протеини са много подобни на разтворимите протеини, но те също са мембранно свързани. Специализираните клетъчни мембрани имат специализирани клетъчни функции. Как структурата и функцията на клетъчните мембрани влияят на тялото? Осигуряването на функционалност на целия организъм зависи от това как са подредени биологичните мембрани. От вътреклетъчни органели, извънклетъчни и междуклетъчни мембранни взаимодействия се създават структури, които са необходими за организиране и изпълнение на биологични функции. Много структурни и функционални характеристики са общи за бактериите и вирусите с обвивка. Всички биологични мембрани са изградени върху липиден двуслой, което определя наличието на редица общи характеристики. Мембранните протеини имат много специфични функции.

  • Контролиране. Плазмените мембрани на клетките определят границите на клетъчното взаимодействие с околната среда.
  • Транспорт. Вътреклетъчните мембрани на клетките са разделени на няколко функционални блока с различен вътрешен състав, всеки от които се поддържа от необходимата транспортна функция в комбинация с контролна пропускливост.
  • Трансдукция на сигнала. Сливането на мембраните осигурява механизъм за вътреклетъчно везикуларно предупреждение и предотвратяване на свободното навлизане на различни видове вируси в клетката.

Значение и изводи

Структурата на външната клетъчна мембрана засяга цялото тяло. Той играе важна роля в защитата на целостта, като позволява само на избрани вещества да проникнат. Също така е добра основа за закрепване на цитоскелета и клетъчната стена, което помага за поддържане на формата на клетката. Липидите съставляват около 50% от масата на мембраната на повечето клетки, въпреки че тази цифра варира в зависимост от вида на мембраната. Структурата на външната клетъчна мембрана на бозайниците е по-сложна, съдържа четири основни фосфолипида. Важно свойство на липидните двуслойни слоеве е, че те се държат като двуизмерни течности, в които отделните молекули могат свободно да се въртят и да се движат в странични посоки. Тази течливост е важно свойство на мембраните, което се определя в зависимост от температурата и липидния състав. Поради структурата на въглеводородния пръстен, холестеролът играе роля при определянето на течливостта на мембраната. биологичните мембрани за малки молекули позволяват на клетката да контролира и поддържа вътрешната си структура.

Имайки предвид структурата на клетката (клетъчна мембрана, ядро ​​и т.н.), можем да заключим, че тялото е саморегулираща се система, която без външна помощ не може да навреди на себе си и винаги ще търси начини за възстановяване, защита и правилно функционират всяка клетка.

Клетъчната мембрана, наричана още плазмалема, цитолема или плазмена мембрана, е молекулярна структура, която е еластична по природа, която се състои от различни протеини и липиди. Той отделя съдържанието на всяка клетка от външната среда, като по този начин регулира нейните защитни свойства, а също така осигурява обмен между външната среда и директно вътрешното съдържание на клетката.

Плазмената мембрана

Плазмалемата е преграда, разположена вътре, непосредствено зад черупката. Той разделя клетката на определени отделения, които са насочени към отделения или органели. Те съдържат специални условия на околната среда. Клетъчната стена покрива изцяло цялата клетъчна мембрана. Изглежда като двоен слой от молекули.

Основна информация

Съставът на плазмалемата е фосфолипиди или, както още ги наричат, сложни липиди. Фосфолипидите имат няколко части: опашка и глава. Експертите наричат ​​хидрофобни и хидрофилни части: в зависимост от структурата на животинската или растителната клетка. Секциите, които се наричат ​​глава, са обърнати към вътрешната страна на клетката, а опашките - навън. Плазмалемите са неизменни по структура и са много сходни в различните организми; най-често изключение могат да бъдат археи, при които преградите се състоят от различни алкохоли и глицерин.

Дебелина на плазмалемата приблизително 10 nm.

Има прегради, които са разположени от външната или външната страна на частта близо до мембраната - те се наричат ​​повърхностни. Някои видове протеини могат да бъдат един вид контактни точки за клетъчната мембрана и мембраната. Вътре в клетката се намират цитоскелетът и външната стена. Някои видове интегрални протеини могат да се използват като канали в рецепторите за йонен транспорт (успоредно с нервните окончания).

Ако използвате електронен микроскоп, можете да получите данни, въз основа на които можете да изградите диаграма на структурата на всички части на клетката, както и на основните компоненти и черупки. Горният апарат ще се състои от три подсистеми:

  • комплексно надмембранно включване;
  • мускулно-скелетната система на цитоплазмата, която ще има субмембранна част.

Този апарат включва цитоскелета на клетката. Цитоплазмата с органели и ядро ​​се нарича ядрен апарат. Цитоплазмената или, с други думи, плазмената клетъчна мембрана се намира под клетъчната мембрана.

Думата "мембрана" идва от латинската дума membrum, която може да се преведе като "кожа" или "обвивка". Терминът е предложен преди повече от 200 години и често е наричан ръбовете на клетката, но в периода, когато започва използването на различни електронни съоръжения, се установява, че плазмените цитолеми изграждат много различни елементи на мембраната.

Най-често елементите са структурни, като:

  • митохондрии;
  • лизозоми;
  • пластиди;
  • дялове.

Една от първите хипотези относно молекулярния състав на плазмалемата е изложена през 1940 г. от изследователски институт във Великобритания. Още през 1960 г. Уилям Робъртс предлага на света хипотезата за "елементарна мембрана". Тя предположи, че всички плазмалеми на клетката се състоят от определени части, всъщност се образуват според общ принцип за всички царства на организмите.

В началото на седемдесетте години на XX век бяха открити много данни, въз основа на които през 1972 г. учени от Австралия предложиха нов мозаечно-течен модел на структурата на клетките.

Структура на плазмената мембрана

Моделът от 1972 г. е общоприет и до днес. Тоест, в съвременната наука различни учени, работещи с черупката, разчитат на теоретичния труд „Структурата на биологичната мембрана на течно-мозайчния модел“.

Протеиновите молекули са свързани с липидния бислой и проникват изцяло в цялата мембрана – интегрални протеини (едно от често срещаните имена са трансмембранни протеини).

Обвивката в състава има различни въглехидратни компоненти, които ще изглеждат като полизахаридна или захаридна верига. Веригата от своя страна ще бъде свързана от липиди и протеини. Веригите, свързани с протеинови молекули, се наричат ​​гликопротеини, а липидните молекули се наричат ​​гликозиди. Въглехидратите се намират от външната страна на мембраната и действат като рецептори в животинските клетки.

Гликопротеините - представляват комплекс от надмембранни функции. Нарича се още гликокаликс (от гръцките думи glyc и calix, което означава „сладък“ и „чаша“). Комплексът насърчава клетъчната адхезия.

Функции на плазмената мембрана

Бариера

Помага за отделянето на вътрешните компоненти на клетъчната маса от тези вещества, които са отвън. Той предпазва тялото от навлизането на различни вещества, които ще са му чужди, и помага за поддържане на вътреклетъчния баланс.

Транспорт

Клетката има собствен "пасивен транспорт" и го използва за намаляване на разхода на енергия. Транспортната функция работи в следните процеси:

  • ендоцитоза;
  • екзоцитоза;
  • метаболизъм на натрий и калий.

От външната страна на мембраната има рецептор, на чието място се смесват хормони и различни регулаторни молекули.

Пасивен транспорт- процес, при който веществото преминава през мембрана, докато не се изразходва енергия. С други думи, веществото се доставя от областта на клетката с висока концентрация, в посоката, където концентрацията ще бъде по-ниска.

Има два вида:

  • Проста дифузия- е присъщ на малки неутрални молекули H2O, CO2 и O2 и някои хидрофобни органични вещества с ниско молекулно тегло и съответно преминават през мембранните фосфолипиди без проблеми. Тези молекули могат да проникнат през мембраната, докато концентрационният градиент е стабилен и непроменен.
  • Улеснена дифузия- характеристика на различни молекули от хидрофилен тип. Те също могат да преминат през мембраната според градиента на концентрация. Процесът обаче ще се проведе с помощта на различни протеини, които ще образуват специфични канали от йонни съединения в мембраната.

Активен транспорте движението на различни компоненти през стената на мембраната, за разлика от градиента. Такъв трансфер изисква значителен разход на енергийни ресурси в клетката. Най-често активният транспорт е основният източник на потребление на енергия.

Има няколко разновидности.активен транспорт с участието на протеини носители:

  • Натриево-калиева помпа.Получаване на основни минерали и микроелементи от клетката.
  • Ендоцитоза- процесът, чрез който клетката улавя твърди частици (фагоцитоза) или различни капки каквато и да е течност (пиноцитоза).
  • Екзоцитоза- процесът, при който определени частици се отделят от клетката във външната среда. Процесът е противовес на ендоцитозата.

Терминът "ендоцитоза" идва от гръцките думи "енда" (отвътре) и "кетоза" (купа). Процесът характеризира улавянето на външния състав от клетката и се извършва по време на производството на мембранни везикули. Този термин е предложен през 1965 г. от Кристиан Бейлс, професор по цитология от Белгия, който изследва усвояването на различни вещества от клетките на бозайници, както и фагоцитозата и пиноцитозата.

Фагоцитоза

Възниква, когато клетката улавя определени твърди частици или живи клетки. А пиноцитозата е процес, при който капчици течност се улавят от клетката. Фагоцитозата (от гръцките думи „поглъщащ” и „приемник”) е процес, при който се улавят и усвояват много малки обекти от живата природа, както и твърдите части на различни едноклетъчни организми.

Откритието на процеса принадлежи на физиолог от Русия - Вячеслав Иванович Мечников, който директно определя процеса, докато провежда различни тестове с морски звезди и малки дафнии.

Храненето на едноклетъчните хетеротрофни организми се основава на способността им да усвояват, а също и да улавят различни частици.

Мечников описва алгоритъма за усвояване на бактерии от амебата и общия принцип на фагоцитозата:

  • адхезия - адхезията на бактериите към клетъчната мембрана;
  • абсорбция;
  • образуването на мехурче с бактериална клетка;
  • отпушване на балона.

Въз основа на това процесът на фагоцитоза се състои от следните етапи:

  1. Абсорбираната частица е прикрепена към мембраната.
  2. Обграждането на абсорбираната частица от мембрана.
  3. Образуване на мембранни везикули (фагозома).
  4. Отделяне на мембранната везикула (фагозома) във вътрешността на клетката.
  5. Обединяване на фагозома и лизозома (смилане) и вътрешно движение на частиците.

Може да се наблюдава пълно или частично храносмилане.

При частично храносмилане най-често се образува остатъчно тяло, което ще остане вътре в клетката за известно време. Тези остатъци, които ще бъдат несмлени, се отстраняват (евакуират) от клетката чрез екзоцитоза. В хода на еволюцията тази функция на предразположение към фагоцитоза постепенно се отделя и преминава от различни едноклетъчни клетки към специализирани клетки (като храносмилателната при кишечнополостните и гъбите), а след това към специални клетки при бозайници и хора.

Лимфоцитите и левкоцитите в кръвта са склонни към фагоцитоза. Самият процес на фагоцитоза изисква голям разход на енергия и се комбинира директно с активността на външната клетъчна мембрана и лизозомите, които съдържат храносмилателни ензими.

Пиноцитоза

Пиноцитозата е улавяне от повърхността на клетката на всяка течност, в която се намират различни вещества. Откриването на феномена пиноцитоза принадлежи на учения Фицджералд Люис... Това събитие се случи през 1932 г.

Пиноцитозата е един от основните механизми, чрез които съединения с високо молекулно тегло, например различни гликопротеини или разтворими протеини, навлизат в клетката. Пиноцитната активност от своя страна е невъзможна без физиологичното състояние на клетката и зависи от нейния състав и състава на околната среда. Можем да наблюдаваме най-активната пиноцитоза в амебата.

При хората пиноцитоза се наблюдава в чревни клетки, кръвоносни съдове, бъбречни тубули и растящи ооцити. За да изобразите процеса на пиноцитоза, който ще се извърши с помощта на човешки левкоцити, можете да направите изпъкналост на плазмената мембрана. Това ще отдели и отдели частите. Процесът на пиноцитоза изисква разход на енергия.

Етапи на процеса на пиноцитоза:

  1. Върху външната клетъчна плазмалема се появяват тънки израстъци, които обграждат течни капчици.
  2. Тази част от външната обвивка става по-тънка.
  3. Образуване на мембранни везикули.
  4. Стената се пробива (пропада).
  5. Мехурчето се движи в цитоплазмата и може да се слее с различни везикули и органели.

Екзоцитоза

Терминът идва от гръцките думи "екзо" - външен, външен и "цитоза" - съд, купа. Процесът се състои в освобождаването на определени частици от клетъчната част във външната среда. Процесът на екзоцитоза е противоположен на пиноцитозата.

В процеса на екоцитоза мехурчетата вътреклетъчна течност напускат клетката и преминават към външната мембрана на клетката. Съдържанието вътре във везикулите може да се освободи навън и клетъчната мембрана се слива с мембраната на везикулите. Така повечето макромолекулни съединения ще се появят по този начин.

Екзоцитозата изпълнява редица задачи:

  • доставяне на молекули до външната клетъчна мембрана;
  • транспортиране в клетката на вещества, които ще са необходими за растеж и увеличаване на мембранната площ, например определени протеини или фосфолипиди;
  • освобождаване или свързване на различни части;
  • елиминиране на вредни и токсични продукти, които се появяват по време на метаболизма, например солна киселина, секретирана от клетките на стомашната лигавица;
  • транспорт на пепсиноген, както и сигнални молекули, хормони или невротрансмитери.

Специфични функции на биологичните мембрани:

  • генериране на импулс, който се случва на нервно ниво, вътре в мембраната на неврона;
  • синтез на полипептиди, както и липиди и въглехидрати от груба и гладка мрежа на ендоплазмения ретикулум;
  • промяна на светлинната енергия и нейното превръщане в химическа енергия.

Видео

От нашето видео ще научите много интересни и полезни неща за структурата на клетката.