błona plazmatyczna , lub plazmalemma,- najbardziej trwała, podstawowa, uniwersalna błona dla wszystkich komórek. Jest to najcieńszy (około 10 nm) film pokrywający całą komórkę. Plazma składa się z cząsteczek białek i fosfolipidów (ryc. 1.6).

Cząsteczki fosfolipidów ułożone są w dwóch rzędach - hydrofobowe końce do wewnątrz, hydrofilowe głowy do wewnętrznego i zewnętrznego środowiska wodnego. W niektórych miejscach dwuwarstwa (podwójna warstwa) fosfolipidów jest przepuszczana przez cząsteczki białka (białka integralne). Wewnątrz takich cząsteczek białka znajdują się kanały - pory, przez które przechodzą substancje rozpuszczalne w wodzie. Inne cząsteczki białka przenikają połowę dwuwarstwy lipidowej z jednej lub drugiej strony (białka półintegralne). Na powierzchni błon komórek eukariotycznych znajdują się białka obwodowe. Cząsteczki lipidów i białek są utrzymywane razem przez oddziaływania hydrofilowo-hydrofobowe.

Właściwości i funkcje błon. Wszystkie błony komórkowe są ruchomymi strukturami płynnymi, ponieważ cząsteczki lipidów i białek nie są połączone wiązaniami kowalencyjnymi i są w stanie dość szybko poruszać się w płaszczyźnie błony. Dzięki temu membrany mogą zmieniać swoją konfigurację, czyli mają płynność.

Membrany to bardzo dynamiczne struktury. Szybko regenerują się po uszkodzeniu, a także rozciągają się i kurczą wraz z ruchami komórkowymi.

Błony różnych typów komórek różnią się istotnie zarówno składem chemicznym, jak i względną zawartością w nich białek, glikoprotein i lipidów, a co za tym idzie charakterem obecnych w nich receptorów. Każdy typ komórki charakteryzuje się zatem indywidualnością, która jest określana głównie glikoproteiny. Glikoproteiny o rozgałęzionych łańcuchach wystające z błony komórkowej są zaangażowane w rozpoznawanie czynnikówśrodowiska zewnętrznego, a także we wzajemnym rozpoznawaniu pokrewnych komórek. Na przykład komórka jajowa i plemnik rozpoznają się nawzajem dzięki glikoproteinom na powierzchni komórki, które pasują do siebie jako oddzielne elementy całej struktury. Takie wzajemne uznanie jest niezbędnym etapem poprzedzającym zapłodnienie.

Podobne zjawisko obserwuje się w procesie różnicowania tkanek. W tym przypadku komórki o podobnej strukturze za pomocą rozpoznawania odcinków plazmalemmy prawidłowo orientują się względem siebie, zapewniając w ten sposób ich adhezję i tworzenie tkanek. Związany z uznaniem przepisy transportowe cząsteczki i jony przez błonę, a także odpowiedź immunologiczną, w której glikoproteiny pełnią rolę antygenów. Cukry mogą zatem funkcjonować jako cząsteczki informacyjne (podobnie jak białka i kwasy nukleinowe). Błony zawierają również specyficzne receptory, nośniki elektronów, konwertery energii, białka enzymatyczne. Białka biorą udział w zapewnieniu transportu niektórych cząsteczek do lub z komórki, przeprowadzają strukturalne połączenie cytoszkieletu z błonami komórkowymi lub służą jako receptory do odbierania i przekształcania sygnałów chemicznych z otoczenia.

Najważniejszą właściwością membrany jest również selektywna przepuszczalność. Oznacza to, że cząsteczki i jony przechodzą przez nią z różną prędkością, a im większy rozmiar cząsteczek, tym wolniejsze ich przechodzenie przez błonę. Ta właściwość definiuje błonę plazmatyczną jako bariera osmotyczna. Woda i rozpuszczone w niej gazy mają maksymalną penetrację; jony przechodzą przez błonę znacznie wolniej. Dyfuzja wody przez membranę nazywa się osmoza.

Istnieje kilka mechanizmów transportu substancji przez błonę.

Dyfuzja- przenikanie substancji przez membranę wzdłuż gradientu stężeń (od obszaru, w którym ich stężenie jest wyższe, do obszaru, w którym ich stężenie jest niższe). Transport dyfuzyjny substancji (woda, jony) odbywa się przy udziale białek błonowych, które posiadają pory molekularne, lub przy udziale fazy lipidowej (w przypadku substancji rozpuszczalnych w tłuszczach).

Z ułatwioną dyfuzją specjalne białka nośnikowe błony selektywnie wiążą się z jednym lub innym jonem lub cząsteczką i przenoszą je przez błonę wzdłuż gradientu stężenia.

transport aktywny wiąże się z kosztami energii i służy do transportu substancji wbrew gradientowi ich stężenia. On przeprowadzana przez specjalne białka nośnikowe, które tworzą tzw pompy jonowe. Najbardziej zbadana jest pompa Na - / K - w komórkach zwierzęcych, aktywnie wypompowująca jony Na +, jednocześnie pochłaniając jony K -. Dzięki temu w komórce utrzymywane jest duże stężenie K - oraz niższe Na+ w porównaniu ze środowiskiem. Proces ten zużywa energię ATP.

W wyniku aktywnego transportu za pomocą pompy błonowej w komórce regulowane jest również stężenie Mg 2 i Ca 2+.

W procesie aktywnego transportu jonów do komórki różne cukry, nukleotydy i aminokwasy przenikają przez błonę cytoplazmatyczną.

Makrocząsteczki białek, kwasów nukleinowych, polisacharydów, kompleksów lipoproteinowych itp. nie przechodzą przez błony komórkowe, w przeciwieństwie do jonów i monomerów. Transport makrocząsteczek, ich kompleksów i cząsteczek do komórki zachodzi w zupełnie inny sposób – poprzez endocytozę. Na endocytoza (endo...- wewnątrz) pewna część plazmalemmy wychwytuje i niejako otacza materiał zewnątrzkomórkowy, zamykając go w wakuoli błony powstałej w wyniku inwazji błony. Następnie taka wakuola jest połączona z lizosomem, którego enzymy rozkładają makrocząsteczki do monomerów.

Odwrotny proces endocytozy to egzocytoza (egz...- poza). Dzięki niemu komórka usuwa produkty wewnątrzkomórkowe lub niestrawione pozostałości zamknięte w wakuolach lub

bąbelki. Pęcherzyk zbliża się do błony cytoplazmatycznej, łączy się z nią, a jego zawartość jest uwalniana do środowiska. Jak wydalane są enzymy trawienne, hormony, hemiceluloza itp.

Tak więc błony biologiczne, jako główne elementy strukturalne komórki, służą nie tylko jako fizyczne granice, ale także jako dynamiczne powierzchnie funkcjonalne. Na błonach organelli zachodzą liczne procesy biochemiczne, takie jak aktywne wchłanianie substancji, konwersja energii, synteza ATP itp.

Funkcje błon biologicznych następujące:

Ograniczają zawartość komórki od środowiska zewnętrznego i zawartość organelli z cytoplazmy.

Zapewniają transport substancji do iz komórki, z cytoplazmy do organelli i odwrotnie.

Pełnią rolę receptorów (odbieranie i przetwarzanie sygnałów z otoczenia, rozpoznawanie substancji komórkowych itp.).

Są katalizatorami (zapewniają membranowe procesy chemiczne).

Weź udział w transformacji energii.

Wszystkie żywe organizmy na Ziemi składają się z komórek, a każda komórka otoczona jest ochronną powłoką - błoną. Jednak funkcje błony nie ograniczają się do ochrony organelli i oddzielania jednej komórki od drugiej. Błona komórkowa to złożony mechanizm, który jest bezpośrednio zaangażowany w reprodukcję, regenerację, odżywianie, oddychanie i wiele innych ważnych funkcji komórki.

Termin „błona komórkowa” jest używany od około stu lat. Słowo „membrana” w tłumaczeniu z łaciny oznacza „film”. Ale w przypadku błony komórkowej bardziej poprawne byłoby mówienie o połączeniu dwóch folii połączonych ze sobą w określony sposób, co więcej, różne strony tych folii mają różne właściwości.

Błona komórkowa (cytolemma, plazmalemma) to trójwarstwowa błona lipoproteinowa (białko tłuszczowe), która oddziela każdą komórkę od sąsiednich komórek i środowiska oraz przeprowadza kontrolowaną wymianę między komórkami a środowiskiem.

Decydujące znaczenie w tej definicji ma nie to, że błona komórkowa oddziela jedną komórkę od drugiej, ale że zapewnia jej interakcję z innymi komórkami i środowiskiem. Błona jest bardzo aktywną, stale pracującą strukturą komórki, której natura przypisuje wiele funkcji. Z naszego artykułu dowiesz się wszystkiego o składzie, budowie, właściwościach i funkcjach błony komórkowej, a także o niebezpieczeństwie, jakie dla zdrowia człowieka stanowią zaburzenia w funkcjonowaniu błon komórkowych.

Historia badań błon komórkowych

W 1925 roku dwaj niemieccy naukowcy, Gorter i Grendel, byli w stanie przeprowadzić złożony eksperyment na ludzkich czerwonych krwinkach, erytrocytach. Za pomocą szoku osmotycznego badacze uzyskali tzw. „cienie” – puste skorupki czerwonych krwinek, a następnie ułożyli je w jeden stos i zmierzyli powierzchnię. Kolejnym krokiem było obliczenie ilości lipidów w błonie komórkowej. Za pomocą acetonu naukowcy wyizolowali lipidy z „cieni” i ustalili, że wystarczają na podwójną ciągłą warstwę.

Jednak podczas eksperymentu popełniono dwa rażące błędy:

Zastosowanie acetonu nie pozwala na wyizolowanie wszystkich lipidów z błon;

Pole powierzchni „cieni” obliczono na podstawie suchej masy, co również jest nieprawidłowe.

Ponieważ pierwszy błąd dał w obliczeniach minus, a drugi plus, ogólny wynik okazał się zaskakująco dokładny, a niemieccy naukowcy wnieśli do świata naukowego najważniejsze odkrycie - dwuwarstwę lipidową błony komórkowej.

W 1935 kolejna para badaczy, Danielly i Dawson, po długich eksperymentach z filmami bilipidowymi, doszła do wniosku, że białka są obecne w błonach komórkowych. Nie było innego sposobu na wyjaśnienie, dlaczego te folie mają tak wysokie napięcie powierzchniowe. Naukowcy przedstawili opinii publicznej schematyczny model błony komórkowej, podobny do kanapki, w którym rolę kromek chleba odgrywają jednorodne warstwy lipidowo-białkowe, a między nimi zamiast oleju jest pustka.

W 1950 roku za pomocą pierwszego mikroskopu elektronowego częściowo potwierdziła się teoria Danielly-Dawsona - na mikrofotografii błony komórkowej wyraźnie widoczne były dwie warstwy składające się z głów lipidowych i białkowych, a między nimi była przezroczysta przestrzeń wypełniona jedynie ogonami lipidowymi i białka.

W 1960 roku, kierując się tymi danymi, amerykański mikrobiolog J. Robertson opracował teorię o trójwarstwowej budowie błon komórkowych, która przez długi czas była uważana za jedyną prawdziwą. Jednak wraz z rozwojem nauki rodziło się coraz więcej wątpliwości co do jednorodności tych warstw. Z punktu widzenia termodynamiki taka struktura jest wyjątkowo niekorzystna – bardzo trudno byłoby komórkom transportować substancje do i na zewnątrz przez całą „kanapkę”. Ponadto udowodniono, że błony komórkowe różnych tkanek mają różną grubość i sposób przylegania, co wynika z różnych funkcji narządów.

W 1972 r. mikrobiolodzy S.D. Piosenkarka i G.L. Nicholson był w stanie wyjaśnić wszystkie niespójności teorii Robertsona za pomocą nowego, płynnego modelu błony komórkowej. Naukowcy odkryli, że błona jest niejednorodna, asymetryczna, wypełniona płynem, a jej komórki są w ciągłym ruchu. A tworzące ją białka mają inną strukturę i przeznaczenie, ponadto są inaczej zlokalizowane w stosunku do warstwy bilipidowej błony.

Błony komórkowe zawierają trzy rodzaje białek:

Peryferyjne - przymocowane do powierzchni folii;

półcałka- częściowo wnikają w warstwę bilipidową;

Integral - całkowicie przenika przez membranę.

Białka obwodowe są związane z głowami lipidów błonowych poprzez oddziaływanie elektrostatyczne i nigdy nie tworzą ciągłej warstwy, jak wcześniej sądzono.A białka półintegralne i integralne służą do transportu tlenu i składników odżywczych do komórki, a także do usuwania rozpadu produkty z niej i nie tylko dla kilku ważnych funkcji, o których dowiesz się później.

Błona komórkowa spełnia następujące funkcje:

Bariera - przepuszczalność błony dla różnych typów cząsteczek nie jest taka sama.Aby ominąć błonę komórkową, cząsteczka musi mieć określony rozmiar, właściwości chemiczne i ładunek elektryczny. Szkodliwe lub nieodpowiednie cząsteczki, ze względu na funkcję barierową błony komórkowej, po prostu nie mogą dostać się do komórki. Na przykład za pomocą reakcji nadtlenkowej membrana chroni cytoplazmę przed niebezpiecznymi dla niej nadtlenkami;

Transport - przez błonę przechodzi wymiana pasywna, aktywna, regulowana i selektywna. Metabolizm pasywny jest odpowiedni dla substancji rozpuszczalnych w tłuszczach i gazów składających się z bardzo małych cząsteczek. Takie substancje wnikają do iz komórki bez wydatkowania energii, swobodnie, poprzez dyfuzję. Aktywna funkcja transportu błony komórkowej jest aktywowana, gdy jest to konieczne, ale substancje trudne do transportu muszą być przenoszone do lub z komórki. Na przykład te o dużym rozmiarze cząsteczki lub niezdolne do przejścia przez warstwę bilipidową z powodu hydrofobowości. Wtedy zaczynają działać pompy białkowe, w tym ATPaza, która odpowiada za wchłanianie jonów potasu do komórki i wyrzucanie z niej jonów sodu. Transport regulowany jest niezbędny dla funkcji sekrecyjnych i fermentacyjnych, na przykład gdy komórki produkują i wydzielają hormony lub sok żołądkowy. Wszystkie te substancje opuszczają komórki specjalnymi kanałami i w określonej objętości. A funkcja transportu selektywnego jest związana z bardzo integralnymi białkami, które przenikają przez błonę i służą jako kanał wejścia i wyjścia ściśle określonych typów cząsteczek;

Matryca - błona komórkowa określa i ustala położenie organelli względem siebie (jądro, mitochondria, chloroplasty) i reguluje wzajemne oddziaływanie między nimi;

Mechaniczny - zapewnia ograniczenie jednej komórki od drugiej, a jednocześnie prawidłowe połączenie komórek w jednorodną tkankę i odporność narządów na deformację;

Ochronna - zarówno u roślin, jak iu zwierząt błona komórkowa służy jako podstawa do budowy ramy ochronnej. Przykładem jest twarde drewno, gęsta skórka, kłujące ciernie. W świecie zwierząt istnieje również wiele przykładów funkcji ochronnej błon komórkowych – skorupa żółwia, skorupa chitynowa, kopyta i rogi;

Energia - procesy fotosyntezy i oddychania komórkowego byłyby niemożliwe bez udziału białek błony komórkowej, ponieważ to za pomocą kanałów białkowych komórki wymieniają energię;

Receptor – białka osadzone w błonie komórkowej mogą pełnić jeszcze jedną ważną funkcję. Służą jako receptory, przez które komórka otrzymuje sygnał z hormonów i neuroprzekaźników. A to z kolei jest niezbędne do przewodzenia impulsów nerwowych i normalnego przebiegu procesów hormonalnych;

Enzymatyczny - kolejna ważna funkcja związana z niektórymi białkami błon komórkowych. Na przykład w nabłonku jelitowym enzymy trawienne są syntetyzowane za pomocą takich białek;

Biopotencjał- stężenie jonów potasu wewnątrz komórki jest znacznie wyższe niż na zewnątrz, a stężenie jonów sodu, przeciwnie, jest większe na zewnątrz niż wewnątrz. Wyjaśnia to potencjalną różnicę: wewnątrz komórki ładunek jest ujemny, na zewnątrz dodatni, co przyczynia się do przemieszczania się substancji do komórki i na zewnątrz w każdym z trzech rodzajów metabolizmu - fagocytoza, pinocytoza i egzocytoza;

Znakowanie – na powierzchni błon komórkowych znajdują się tzw. „znaczniki” – antygeny składające się z glikoprotein (białek z dołączonymi do nich rozgałęzionymi oligosacharydowymi łańcuchami bocznymi). Ponieważ łańcuchy boczne mogą mieć ogromną różnorodność konfiguracji, każdy typ komórki otrzymuje własną, unikalną etykietę, która pozwala innym komórkom w ciele rozpoznać je „po wzroku” i prawidłowo na nie reagować. Dlatego np. ludzkie komórki odpornościowe, makrofagi, z łatwością rozpoznają obcego, który dostał się do organizmu (infekcja, wirus) i próbują go zniszczyć. To samo dzieje się z komórkami chorymi, zmutowanymi i starymi – zmienia się etykieta na ich błonie komórkowej, a organizm się ich pozbywa.

Wymiana komórkowa zachodzi w poprzek błon i może być przeprowadzana poprzez trzy główne typy reakcji:

Fagocytoza to proces komórkowy, w którym komórki fagocytarne osadzone w błonie wychwytują i trawią stałe cząstki składników odżywczych. W ludzkim ciele fagocytozę przeprowadzają błony dwóch rodzajów komórek: granulocytów (ziarnistych leukocytów) i makrofagów (komórek immunologicznych zabójców);

Pinocytoza to proces wychwytywania przez powierzchnię błony komórkowej cząsteczek cieczy, które wchodzą z nią w kontakt. W celu odżywiania przez rodzaj pinocytozy komórka wyrasta cienkie puszyste wyrostki w postaci anten na jej błonie, które niejako otaczają kroplę płynu i uzyskuje się bańkę. Najpierw pęcherzyk ten wystaje ponad powierzchnię błony, a następnie jest „połykany” - chowa się w komórce, a jego ściany łączą się z wewnętrzną powierzchnią błony komórkowej. Pinocytoza występuje w prawie wszystkich żywych komórkach;

Egzocytoza to proces odwrotny, w którym wewnątrz komórki tworzą się pęcherzyki z wydzielniczym płynem czynnościowym (enzym, hormon), który musi być w jakiś sposób usunięty z komórki do środowiska. Aby to zrobić, bańka najpierw łączy się z wewnętrzną powierzchnią błony komórkowej, następnie wybrzusza się na zewnątrz, pęka, wyrzuca zawartość i ponownie łączy się z powierzchnią błony, tym razem z zewnątrz. Egzocytoza zachodzi np. w komórkach nabłonka jelitowego i kory nadnerczy.

Błony komórkowe zawierają trzy klasy lipidów:

Fosfolipidy;

glikolipidy;

Cholesterol.

Z kolei fosfolipidy (kombinacja tłuszczów i fosforu) oraz glikolipidy (kombinacja tłuszczów i węglowodanów) składają się z hydrofilowej główki, z której wychodzą dwa długie hydrofobowe ogonki. Ale cholesterol czasami zajmuje przestrzeń między tymi dwoma ogonami i nie pozwala im się zginać, co powoduje sztywność błon niektórych komórek. Ponadto cząsteczki cholesterolu usprawniają strukturę błon komórkowych i zapobiegają przechodzeniu cząsteczek polarnych z jednej komórki do drugiej.

Jednak najważniejszym składnikiem, jak widać z poprzedniej części poświęconej funkcjom błon komórkowych, są białka. Ich skład, przeznaczenie i lokalizacja są bardzo zróżnicowane, ale łączy je coś wspólnego: lipidy pierścieniowe zawsze znajdują się wokół białek błon komórkowych. Są to specjalne tłuszcze, które mają wyraźną strukturę, są stabilne, mają w swoim składzie więcej nasyconych kwasów tłuszczowych i są uwalniane z błon wraz ze „sponsorowanymi” białkami. To rodzaj osobistej powłoki ochronnej dla białek, bez której po prostu by nie działały.

Struktura błony komórkowej jest trójwarstwowa. Pośrodku leży stosunkowo jednorodna, płynna warstwa bilipidowa, a białka pokrywają ją z obu stron rodzajem mozaiki, częściowo wnikając w grubość. To znaczy, błędem byłoby sądzić, że zewnętrzne warstwy białkowe błon komórkowych są ciągłe. Białka, oprócz swoich złożonych funkcji, są potrzebne w błonie, aby przejść do wnętrza komórek i wynieść z nich te substancje, które nie są w stanie przeniknąć do warstwy tłuszczowej. Na przykład jony potasu i sodu. Dla nich zapewnione są specjalne struktury białkowe - kanały jonowe, które omówimy bardziej szczegółowo poniżej.

Jeśli spojrzysz na błonę komórkową przez mikroskop, zobaczysz warstwę lipidów utworzoną przez najmniejsze kuliste molekuły, po których, niczym morze, unoszą się duże komórki białkowe o różnych kształtach. Dokładnie te same błony dzielą wewnętrzną przestrzeń każdej komórki na przedziały, w których wygodnie znajdują się jądro, chloroplasty i mitochondria. Gdyby w celi nie było oddzielnych „pokojów”, organelle skleiłyby się i nie byłyby w stanie prawidłowo wykonywać swoich funkcji.

Komórka to zespół organelli zbudowanych i ograniczonych błonami, który bierze udział w kompleksie procesów energetycznych, metabolicznych, informacyjnych i reprodukcyjnych, zapewniających żywotną aktywność organizmu.

Jak widać z tej definicji, błona jest najważniejszym elementem funkcjonalnym każdej komórki. Jego znaczenie jest tak samo duże jak jądra, mitochondriów i innych organelli komórkowych. A wyjątkowe właściwości membrany wynikają z jej struktury: składa się ona z dwóch folii sklejonych ze sobą w specjalny sposób. Cząsteczki fosfolipidów w błonie znajdują się hydrofilowymi główkami na zewnątrz i hydrofobowymi ogonami do wewnątrz. Dlatego jedna strona folii jest zwilżona wodą, a druga nie. Tak więc te filmy są połączone ze sobą niezwilżalnymi stronami do wewnątrz, tworząc warstwę bilipidową otoczoną cząsteczkami białka. To jest właśnie „kanapkowa” struktura błony komórkowej.

Kanały jonowe błon komórkowych

Rozważmy bardziej szczegółowo zasadę działania kanałów jonowych. Do czego są potrzebne? Faktem jest, że tylko substancje rozpuszczalne w tłuszczach mogą swobodnie przenikać przez błonę lipidową - są to gazy, alkohole i same tłuszcze. Na przykład w czerwonych krwinkach zachodzi ciągła wymiana tlenu i dwutlenku węgla, a do tego nasz organizm nie musi uciekać się do żadnych dodatkowych sztuczek. Ale co, gdy konieczne staje się transportowanie roztworów wodnych, takich jak sole sodu i potasu, przez błonę komórkową?

Nie dałoby się utorować drogi takim substancjom w warstwie bilipidowej, ponieważ dziury natychmiast by się zacisnęły i sklejały z powrotem, taka jest struktura każdej tkanki tłuszczowej. Ale natura, jak zawsze, znalazła wyjście z sytuacji i stworzyła specjalne struktury transportu białek.

Istnieją dwa rodzaje białek przewodzących:

Transportery to pół-integralne pompy białkowe;

Channeloformery są białkami integralnymi.

Białka pierwszego typu są częściowo zanurzone w warstwie bilipidowej błony komórkowej i wychodzą głowami, a w obecności pożądanej substancji zaczynają zachowywać się jak pompa: przyciągają cząsteczkę i wsysają ją do wnętrza komórka. A białka drugiego typu, integralne, mają wydłużony kształt i są umieszczone prostopadle do warstwy bilipidowej błony komórkowej, przenikając ją na wskroś. Przez nie, jak przez tunele, substancje, które nie są w stanie przejść przez tłuszcz, przemieszczają się do iz komórki. To przez kanały jonowe jony potasu wnikają do komórki i gromadzą się w niej, podczas gdy jony sodu są usuwane. Istnieje różnica potencjałów elektrycznych, tak niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania wszystkich komórek naszego ciała.

Najważniejsze wnioski dotyczące budowy i funkcji błon komórkowych

Teoria zawsze wygląda ciekawie i obiecująco, jeśli można ją z pożytkiem zastosować w praktyce. Odkrycie struktury i funkcji błon komórkowych ludzkiego ciała umożliwiło naukowcom dokonanie prawdziwego przełomu w nauce w ogóle, aw medycynie w szczególności. To nie przypadek, że tak szczegółowo zajęliśmy się kanałami jonowymi, ponieważ to tutaj leży odpowiedź na jedno z najważniejszych pytań naszych czasów: dlaczego ludzie coraz częściej chorują na onkologię?

Rak pochłania co roku około 17 milionów ludzi na całym świecie i jest czwartą najczęstszą przyczyną wszystkich zgonów. Według WHO zachorowalność na raka stale rośnie i do końca 2020 roku może osiągnąć 25 milionów rocznie.

Co wyjaśnia prawdziwą epidemię raka i co ma z nią wspólnego funkcja błon komórkowych? Powiesz: przyczyną są złe warunki środowiskowe, niedożywienie, złe nawyki i ciężka dziedziczność. I oczywiście będziesz miał rację, ale jeśli mówimy o problemie bardziej szczegółowo, to przyczyną jest zakwaszenie organizmu człowieka. Wymienione powyżej negatywne czynniki prowadzą do rozerwania błon komórkowych, utrudniają oddychanie i odżywianie.

Tam, gdzie powinien być plus, powstaje minus, a komórka nie może normalnie funkcjonować. Ale komórki rakowe nie potrzebują ani tlenu, ani środowiska alkalicznego - są w stanie stosować żywienie beztlenowe. Dlatego w warunkach głodu tlenu i poza skalą pH zdrowe komórki mutują, chcąc przystosować się do środowiska i stają się komórkami rakowymi. W ten sposób człowiek choruje na raka. Aby tego uniknąć, wystarczy codziennie pić wystarczającą ilość czystej wody i zrezygnować z substancji rakotwórczych w jedzeniu. Ale z reguły ludzie doskonale zdają sobie sprawę ze szkodliwych produktów i potrzeby wody wysokiej jakości i nic nie robią - mają nadzieję, że kłopoty ich ominą.

Znając cechy struktury i funkcji błon komórkowych różnych komórek, lekarze mogą wykorzystać te informacje do zapewnienia ukierunkowanego, ukierunkowanego działania terapeutycznego na organizm. Wiele nowoczesnych leków, dostając się do naszego organizmu, poszukuje odpowiedniego „celu”, którym mogą być kanały jonowe, enzymy, receptory i biomarkery błon komórkowych. Ta metoda leczenia pozwala osiągnąć lepsze efekty przy minimalnych skutkach ubocznych.

Antybiotyki najnowszej generacji, po uwolnieniu do krwi, nie zabijają wszystkich komórek pod rząd, ale szukają dokładnie komórek patogenu, skupiając się na markerach w jego błonach komórkowych. Najnowsze leki przeciwmigrenowe, tryptany, tylko obkurczają naczynia mózgowe objęte stanem zapalnym, nie wywierając prawie żadnego wpływu na serce i obwodowy układ krążenia. I rozpoznają niezbędne naczynia właśnie po białkach ich błon komórkowych. Takich przykładów jest wiele, więc możemy śmiało powiedzieć, że wiedza o budowie i funkcjach błon komórkowych leży u podstaw rozwoju współczesnej medycyny i co roku ratuje miliony istnień ludzkich.

Edukacja: Moskiewski Instytut Medyczny. I. M. Sechenov, specjalność - „Medycyna” w 1991 r., W 1993 r. „Choroby zawodowe”, w 1996 r. „Terapia”.

Błona komórkowa to struktura, która pokrywa zewnętrzną część komórki. Jest również nazywany cytolemmą lub plazmolemmą.

Formacja ta zbudowana jest z warstwy bilipidowej (dwuwarstwowej) z osadzonymi w niej białkami. Węglowodany tworzące plazmalemę są w stanie związanym.

Rozkład głównych składników plazmalemmy jest następujący: ponad połowa składu chemicznego przypada na białka, jedna czwarta to fosfolipidy, a jedna dziesiąta to cholesterol.

Błona komórkowa i jej rodzaje

Błona komórkowa to cienki film, który zbudowany jest z warstw lipoprotein i białek.

Poprzez lokalizację rozróżnia się organelle błonowe, które mają pewne cechy w komórkach roślinnych i zwierzęcych:

• mitochondria;
• jądro;
• retikulum endoplazmatyczne;
• kompleks Golgiego;
• lizosomy;
• chloroplasty (w komórkach roślinnych).

Istnieje również wewnętrzna i zewnętrzna (plazmolema) błona komórkowa.

Struktura błony komórkowej

Błona komórkowa zawiera węglowodany, które ją pokrywają w postaci glikokaliksu. Jest to struktura suprabłonowa, która pełni funkcję bariery. Znajdujące się tutaj białka są w stanie wolnym. Białka niezwiązane biorą udział w reakcjach enzymatycznych, zapewniając zewnątrzkomórkowy rozkład substancji.

Białka błony cytoplazmatycznej są reprezentowane przez glikoproteiny. Zgodnie ze składem chemicznym izolowane są białka, które są całkowicie zawarte w warstwie lipidowej (całkowicie) - białka integralne. Również peryferyjne, nie sięgające jednej z powierzchni plazmalemmy.

Te pierwsze działają jako receptory, wiążąc się z neuroprzekaźnikami, hormonami i innymi substancjami. Białka insercyjne są niezbędne do budowy kanałów jonowych, przez które transportowane są jony i hydrofilowe substraty. Te ostatnie to enzymy katalizujące reakcje wewnątrzkomórkowe.

Podstawowe właściwości błony plazmatycznej

Podwójna warstwa lipidowa zapobiega przenikaniu wody. Lipidy to hydrofobowe związki obecne w komórce jako fosfolipidy. Grupa fosforanowa jest odwrócona 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 skierowane są do wnętrza komórki w postaci hydrofobowych ogonów. Część hydrofobowa oddziałuje z sąsiednimi lipidami, co zapewnia ich wzajemne połączenie. Podwójna warstwa ma selektywną przepuszczalność w różnych obszarach.

Tak więc w środku membrana jest nieprzepuszczalna dla glukozy i mocznika, tutaj swobodnie przechodzą substancje hydrofobowe: dwutlenek węgla, tlen, alkohol. Cholesterol jest ważny, jego zawartość decyduje o lepkości błony plazmatycznej.

Funkcje błony zewnętrznej komórki

W tabeli pokrótce przedstawiono charakterystykę funkcji:

Funkcja membrany	Opis
rola bariery	Plazma pełni funkcję ochronną, chroniąc zawartość komórki przed działaniem obcych czynników. Dzięki specjalnej organizacji białek, lipidów, węglowodanów zapewniona jest półprzepuszczalność błony komórkowej.
Funkcja receptora	Poprzez błonę komórkową substancje biologicznie czynne są aktywowane w procesie wiązania z receptorami. W odpowiedziach immunologicznych pośredniczy zatem rozpoznawanie obcych czynników przez aparat receptorowy komórek zlokalizowanych na błonie komórkowej.
funkcja transportowa	Obecność porów w plazmalemie pozwala regulować przepływ substancji do komórki. Proces przenoszenia przebiega pasywnie (bez zużycia energii) dla związków o niskiej masie cząsteczkowej. Transfer aktywny związany jest z wydatkowaniem energii uwalnianej podczas rozkładu adenozynotrójfosforanu (ATP). Ta metoda ma miejsce przy przenoszeniu związków organicznych.
Udział w procesach trawienia	Substancje osadzają się na błonie komórkowej (sorpcja). Receptory wiążą się z podłożem, przenosząc je do wnętrza komórki. Powstaje pęcherzyk, swobodnie leżący w komórce. Łącząc się, takie pęcherzyki tworzą lizosomy z enzymami hydrolitycznymi.
Funkcja enzymatyczna	Enzymy, niezbędne składniki trawienia wewnątrzkomórkowego. Reakcje wymagające udziału katalizatorów przebiegają z udziałem enzymów.

Jakie jest znaczenie błony komórkowej

Błona komórkowa bierze udział w utrzymaniu homeostazy dzięki wysokiej selektywności substancji wchodzących i wychodzących z komórki (w biologii nazywa się to przepuszczalnością selektywną).

Wyrostki plazmolemmy dzielą komórkę na przedziały (przedziały) odpowiedzialne za wykonywanie pewnych funkcji. Specjalnie ułożone membrany, odpowiadające schematowi płynno-mozaikowemu, zapewniają integralność komórki.

Błona jest strukturą nadsubtelną, która tworzy powierzchnię organelli i komórki jako całości. Wszystkie membrany mają podobną budowę i są połączone w jeden system.

Skład chemiczny

Błony komórkowe są chemicznie jednorodne i składają się z białek i lipidów różnych grup:

• fosfolipidy;
• galaktolipidy;
• sulfolipidy.

Zawierają również kwasy nukleinowe, polisacharydy i inne substancje.

Właściwości fizyczne

W normalnej temperaturze membrany są w stanie ciekłokrystalicznym i podlegają ciągłym wahaniom. Ich lepkość jest zbliżona do oleju roślinnego.

Membrana jest odzyskiwalna, mocna, elastyczna i posiada pory. Grubość membran wynosi 7-14 nm.

TOP 4 artykułykto czytał razem z tym

W przypadku dużych cząsteczek membrana jest nieprzepuszczalna. Małe cząsteczki i jony mogą przechodzić przez pory i samą błonę pod wpływem różnicy stężeń po różnych stronach błony, a także za pomocą białek transportowych.

Model

Strukturę błon opisuje się zwykle za pomocą modelu płynnej mozaiki. Membrana ma ramę - dwa rzędy cząsteczek lipidów, ciasno, jak cegły, przylegające do siebie.

Ryż. 1. Błona biologiczna typu Sandwich.

Z obu stron powierzchnia lipidów pokryta jest białkami. Mozaikowy wzór tworzą cząsteczki białka nierównomiernie rozmieszczone na powierzchni błony.

W zależności od stopnia zanurzenia w warstwie bilipidowej cząsteczki białka dzielą się na trzy grupy:

• przezbłonowy;
• zanurzony;
• powierzchowny.

Białka zapewniają główną właściwość membrany - jej selektywną przepuszczalność dla różnych substancji.

Rodzaje membran

Wszystkie błony komórkowe według lokalizacji można podzielić na następujące typy:

• na wolnym powietrzu;
• jądrowy;
• błony organelli.

Zewnętrzna błona cytoplazmatyczna lub plazmolemma jest granicą komórki. Łącząc się z elementami cytoszkieletu, zachowuje swój kształt i wielkość.

Ryż. 2. Cytoszkielet.

Błona jądrowa lub kariolema jest granicą zawartości jądra. Jest zbudowany z dwóch membran, bardzo podobnych do zewnętrznej. Zewnętrzna błona jądra jest połączona z błonami retikulum endoplazmatycznego (ER) i poprzez pory z błoną wewnętrzną.

Błony EPS penetrują całą cytoplazmę, tworząc powierzchnie, na których syntetyzowane są różne substancje, w tym białka błonowe.

Błony organoidalne

Większość organelli ma strukturę błonową.

Ściany zbudowane są z jednej membrany:

• kompleks Golgiego;
• wakuole;
• lizosomy.

Plastydy i mitochondria zbudowane są z dwóch warstw błon. Ich błona zewnętrzna jest gładka, a wewnętrzna tworzy wiele fałd.

Cechami fotosyntetycznych błon chloroplastów są osadzone cząsteczki chlorofilu.

Komórki zwierzęce mają na powierzchni błony zewnętrznej warstwę węglowodanów zwaną glikokaliksem.

Ryż. 3. Glikokaliks.

Glikokaliks rozwija się najbardziej w komórkach nabłonka jelitowego, gdzie stwarza warunki do trawienia i chroni plazmolemmę.

Tabela „Struktura błony komórkowej”

Czego się nauczyliśmy?

Zbadaliśmy strukturę i funkcje błony komórkowej. Błona jest selektywną (selektywną) barierą komórki, jądra i organelli. Strukturę błony komórkowej opisuje model płynno-mozaikowy. Zgodnie z tym modelem cząsteczki białka są osadzone w podwójnej warstwie lepkich lipidów.

Quiz tematyczny

Ocena raportu

Średnia ocena: 4.5. Łączna liczba otrzymanych ocen: 270.

1 - polarna głowa cząsteczki fosfolipidu

2 - ogon kwasu tłuszczowego cząsteczki fosfolipidu

3 - integralne białko

4 - białko obwodowe

5 - białko półintegralne

6 - glikoproteina

7 - glikolipid

Zewnętrzna błona komórkowa jest nieodłączna dla wszystkich komórek (zwierząt i roślin), ma grubość około 7,5 (do 10) nm i składa się z cząsteczek lipidów i białek.

Obecnie szeroko rozpowszechniony jest płynno-mozaikowy model budowy błony komórkowej. Zgodnie z tym modelem cząsteczki lipidów są ułożone w dwie warstwy, których końce hydrofobowe (hydrofobowe - rozpuszczalne w tłuszczach) są skierowane do siebie, a rozpuszczalne w wodzie (hydrofilowe) - na obwodzie. Cząsteczki białka są osadzone w warstwie lipidowej. Niektóre z nich znajdują się na zewnętrznej lub wewnętrznej powierzchni części lipidowej, inne są częściowo zanurzone lub przenikają przez błonę na wskroś.

Funkcje membrany :

Ochronna, graniczna, bariera;

Transport;

Receptor - odbywa się kosztem białek - receptorów, które mają selektywną zdolność do niektórych substancji (hormonów, antygenów itp.), wchodzą z nimi w interakcje chemiczne, przewodzą sygnały wewnątrz komórki;

Uczestniczyć w tworzeniu kontaktów międzykomórkowych;

Zapewniają ruch niektórych komórek (ruch ameboidalny).

Komórki zwierzęce mają cienką warstwę glikokaliksu na wierzchu zewnętrznej błony komórkowej. Jest to kompleks węglowodanów z lipidami i węglowodanów z białkami. Glikokaliks bierze udział w interakcjach międzykomórkowych. Błony cytoplazmatyczne większości organelli komórkowych mają dokładnie taką samą strukturę.

W komórkach roślinnych poza błoną cytoplazmatyczną. ściana komórkowa składa się z celulozy.

Transport substancji przez błonę cytoplazmatyczną .

Istnieją dwa główne mechanizmy wprowadzania substancji do komórki lub z komórki na zewnątrz:

1. Transport pasywny.

2. Aktywny transport.

Bierny transport substancji odbywa się bez wydatkowania energii. Przykładem takiego transportu jest dyfuzja i osmoza, w których ruch cząsteczek lub jonów odbywa się z regionu o wysokim stężeniu do regionu o niższym stężeniu, na przykład cząsteczek wody.

Transport aktywny – w tego typu transporcie cząsteczki lub jony przenikają przez błonę wbrew gradientowi stężeń, co wymaga energii. Przykładem transportu aktywnego jest pompa sodowo-potasowa, która aktywnie wypompowuje sód z komórki i absorbuje jony potasu ze środowiska zewnętrznego, przenosząc je do komórki. Pompa to specjalne białko błonowe, które wprawia ją w ruch za pomocą ATP.

Aktywny transport utrzymuje stałą objętość komórek i potencjał błonowy.

Substancje mogą być transportowane przez endocytozę i egzocytozę.

Endocytoza - przenikanie substancji do komórki, egzocytoza - z komórki.

Podczas endocytozy błona plazmatyczna tworzy wgłębienie lub wyrostki, które następnie otaczają substancję i, sznurując, zamieniają się w pęcherzyki.

Istnieją dwa rodzaje endocytozy:

1) fagocytoza – wchłanianie cząstek stałych (komórek fagocytów),

2) pinocytoza – wchłanianie materiału płynnego. Pinocytoza jest charakterystyczna dla pierwotniaków ameboidalnych.

Przez egzocytozę różne substancje są usuwane z komórek: niestrawione resztki pokarmu są usuwane z wakuoli trawiennych, ich płynna tajemnica jest usuwana z komórek wydzielniczych.

Cytoplazma -(cytoplazma + jądro z protoplazmy). Cytoplazma składa się z wodnistej substancji gruntowej (matrycy cytoplazmatycznej, hialoplazmy, cytozolu) oraz różnych organelli i wtrąceń.

Włączenia– produkty odpadowe komórek. Istnieją 3 grupy wtrąceń - wartości troficzne, wydzielnicze (komórki gruczołowe) i specjalne (pigmentowe).

Organelle - Są to trwałe struktury cytoplazmy, które pełnią określone funkcje w komórce.

Przydziel organelle o znaczeniu ogólnym i specjalnym. Specjalne znajdują się w większości komórek, ale są obecne w znacznej liczbie tylko w komórkach, które pełnią określoną funkcję. Należą do nich mikrokosmki komórek nabłonka jelitowego, rzęski nabłonka tchawicy i oskrzeli, wici, miofibryle (zapewniające skurcz mięśni itp.).

Organelle o znaczeniu ogólnym to EPS, kompleks Golgiego, mitochondria, rybosomy, lizosomy, centriole centrum komórkowego, peroksysomy, mikrotubule, mikrofilamenty. Komórki roślinne zawierają plastydy i wakuole. Organelle o znaczeniu ogólnym można podzielić na organelle o budowie błonowej i niebłonowej.

Organelle o budowie membranowej są dwumembranowe i jednomembranowe. Komórki dwubłonowe obejmują mitochondria i plastydy. Do pojedynczej błony - retikulum endoplazmatycznego, kompleks Golgiego, lizosomy, peroksysomy, wakuole.

Organelle bezbłonowe: rybosomy, centrum komórkowe, mikrotubule, mikrofilamenty.

Mitochondria – Są to organelle okrągłe lub owalne. Składają się z dwóch membran: wewnętrznej i zewnętrznej. Wewnętrzna błona ma wyrostki - cristae, które dzielą mitochondria na przedziały. Komory wypełnione są substancją – matrycą. Matryca zawiera DNA, mRNA, tRNA, rybosomy, sole wapnia i magnezu. To tutaj zachodzi biosynteza białek. Główną funkcją mitochondriów jest synteza energii i jej akumulacja w cząsteczkach ATP. W wyniku podziału starych w komórce powstają nowe mitochondria.

plastydy – organelle występujące głównie w komórkach roślinnych. Są trzy rodzaje: chloroplasty zawierające zielony pigment; chromoplasty (pigmenty koloru czerwonego, żółtego, pomarańczowego); leukoplasty (bezbarwne).

Chloroplasty, dzięki zielonemu pigmentowi chlorofilowi, są w stanie syntetyzować substancje organiczne z nieorganicznych za pomocą energii słonecznej.

Chromoplasty nadają jasny kolor kwiatom i owocom.

Leukoplasty są w stanie gromadzić zapasowe składniki odżywcze: skrobię, lipidy, białka itp.

Retikulum endoplazmatyczne ( EPS ) to złożony system wakuoli i kanałów, które są ograniczone błonami. Występują gładkie (granulowane) i szorstkie (granulowane) EPS. Smooth nie ma rybosomów na swojej błonie. Zawiera syntezę lipidów, lipoprotein, gromadzenie i usuwanie toksycznych substancji z komórki. Granulowany EPS ma rybosomy na błonach, w których syntetyzowane są białka. Następnie białka wchodzą do kompleksu Golgiego, a stamtąd na zewnątrz.

Kompleks Golgiego (aparat Golgiego) to stos spłaszczonych woreczków membranowych - cystern i związany z nimi system bąbelków. Stos cystern nazywa się dictyosomem.

Funkcje kompleksu Golgiego : modyfikacja białek, synteza polisacharydów, transport substancji, tworzenie błon komórkowych, tworzenie lizosomów.

Lizosomy – to pęcherzyki związane z błoną zawierające enzymy. Przeprowadzają wewnątrzkomórkowy rozkład substancji i dzielą się na pierwotne i wtórne. Lizosomy pierwotne zawierają enzymy w postaci nieaktywnej. Po wejściu do organelli różnych substancji aktywują się enzymy i rozpoczyna się proces trawienia - są to lizosomy wtórne.

Peroksysomy mają wygląd pęcherzyków ograniczonych pojedynczą membraną. Zawierają enzymy rozkładające nadtlenek wodoru, który jest toksyczny dla komórek.

Wakuole – Są to organelle komórek roślinnych zawierające sok komórkowy. Sok komórkowy może zawierać zapasowe składniki odżywcze, pigmenty i produkty odpadowe. Wakuole biorą udział w tworzeniu ciśnienia turgoru, w regulacji metabolizmu wodno-solnego.

Rybosomy – organelle złożone z dużych i małych podjednostek. Mogą być zlokalizowane zarówno w ER, jak i swobodnie w komórce, tworząc polisomy. Składają się z rRNA i białka i są wytwarzane w jąderku. Synteza białek odbywa się w rybosomach.

Centrum komórkowe – występujący w komórkach zwierząt, grzybów, roślin niższych i nieobecny w roślinach wyższych. Składa się z dwóch centrioli i promienistej kuli. Centriola ma kształt wydrążonego cylindra, którego ścianka składa się z 9 trójek mikrotubul. Podczas podziału komórki tworzą nici wrzeciona mitotycznego, które zapewniają rozdzielenie chromatyd w anafazie mitozy i homologicznych chromosomów podczas mejozy.

mikrotubule – formacje rurowe o różnych długościach. Są częścią centrioli, wrzeciona mitotycznego, wici, rzęsek, pełnią funkcję wspierającą, promują ruch struktur wewnątrzkomórkowych.

Mikrofilamenty – nitkowate cienkie formacje zlokalizowane w cytoplazmie, ale jest ich szczególnie wiele pod błoną komórkową. Wraz z mikrotubulami tworzą cytoszkielet komórki, determinują przepływ cytoplazmy, ruchy wewnątrzkomórkowe pęcherzyków, chloroplastów i innych organelli.

ewolucja komórek

Istnieją dwa etapy ewolucji komórek:

1.Chemiczny.

2. Biologiczne.

Etap chemiczny rozpoczął się około 4,5 miliarda lat temu. Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, piorunów, wyładowań atmosferycznych (źródła energii) powstały najpierw proste związki chemiczne - monomery, a następnie bardziej złożone - polimery i ich kompleksy (węglowodany, lipidy, białka, kwasy nukleinowe).

Biologiczny etap tworzenia się komórek zaczyna się od pojawienia się probiotyków - oddzielnych złożonych systemów zdolnych do samoreprodukcji, samoregulacji i doboru naturalnego. Probionty pojawiły się 3-3,8 miliarda lat temu. Pierwsze komórki prokariotyczne, bakterie, pochodziły z probiotyków. Komórki eukariotyczne wyewoluowały z prokariotów (1-1,4 miliarda lat temu) na dwa sposoby:

1) Przez symbiozę kilku komórek prokariotycznych - jest to hipoteza symbiotyczna;

2) Przez inwazję błony komórkowej. Istotą hipotezy inwazji jest to, że komórka prokariotyczna zawierała kilka genomów przyłączonych do błony komórkowej. Potem nastąpiła inwazja - inwazja, oderwanie się błony komórkowej, a te genomy zamieniły się w mitochondria, chloroplasty i jądro.

Różnicowanie i specjalizacja komórek .

Różnicowanie to powstawanie różnych typów komórek i tkanek podczas rozwoju organizmu wielokomórkowego. Jedna hipoteza dotyczy różnicowania z ekspresją genów podczas indywidualnego rozwoju. Ekspresja to proces przekształcania pewnych genów w pracę, co stwarza warunki do ukierunkowanej syntezy substancji. Dlatego istnieje rozwój i specjalizacja tkanek w tym czy innym kierunku.

Podobne informacje.