biologické membrány.
Pojem "membrána" (lat. membrana - koža, film) sa začal používať pred viac ako 100 rokmi na označenie bunkovej hranice, slúžiacej na jednej strane ako bariéra medzi obsahom bunky a vonkajším prostredím. a na druhej strane ako polopriepustná priečka, cez ktorú môže prechádzať voda a niektoré látky. Funkcie membrány však nie sú vyčerpané, keďže biologické membrány tvoria základ štrukturálnej organizácie bunky.
Štruktúra membrány. Podľa tohto modelu je hlavnou membránou lipidová dvojvrstva, v ktorej sú hydrofóbne chvosty molekúl otočené dovnútra a hydrofilné hlavy sú otočené smerom von. Lipidy sú zastúpené fosfolipidmi - derivátmi glycerolu alebo sfingozínu. Proteíny sú pripojené k lipidovej vrstve. Integrálne (transmembránové) proteíny prenikajú cez membránu a sú s ňou pevne spojené; periférne neprenikajú a sú spojené s membránou menej pevne. Funkcie membránových proteínov: udržiavanie štruktúry membrán, príjem a premena signálov z prostredia. prostredie, transport určitých látok, katalýza reakcií prebiehajúcich na membránach. hrúbka membrány je od 6 do 10 nm.

Vlastnosti membrány:
1. Tekutosť. Membrána nie je tuhá štruktúra, väčšina jej proteínov a lipidov sa môže pohybovať v rovine membrán.
2. Asymetria. Zloženie vonkajšej a vnútornej vrstvy bielkovín aj lipidov je odlišné. Okrem toho plazmatické membrány živočíšnych buniek majú na vonkajšej strane vrstvu glykoproteínov (glykokalyx, ktorý vykonáva signálne a receptorové funkcie a je tiež dôležitý pre spojenie buniek do tkanív)
3. Polarita. Vonkajšia strana membrány nesie kladný náboj, zatiaľ čo vnútorná strana nesie záporný náboj.
4. Selektívna priepustnosť. Membránami živých buniek prechádzajú okrem vody len určité molekuly a ióny rozpustených látok. (Používanie termínu „semipermeabilita“ vo vzťahu k bunkovým membránam nie je úplne správne, keďže z tohto konceptu vyplýva, že membránou prepúšťa iba rozpúšťadlo. molekuly, pričom si zachovajú všetky molekuly a ióny rozpustených látok.)

Vonkajšia bunková membrána (plazmalema) je ultramikroskopický film s hrúbkou 7,5 nm, pozostávajúci z proteínov, fosfolipidov a vody. Elastický film, dobre zmáčaný vodou a rýchlo obnovujúci celistvosť po poškodení. Má univerzálnu štruktúru, typickú pre všetky biologické membrány. Hraničná poloha tejto membrány, jej účasť na procesoch selektívnej permeability, pinocytózy, fagocytózy, vylučovania exkrečných produktov a syntézy, v spojení so susednými bunkami a ochrana bunky pred poškodením, robí jej úlohu mimoriadne dôležitou. Živočíšne bunky mimo membrány sú niekedy pokryté tenkou vrstvou pozostávajúcou z polysacharidov a bielkovín - glykokalyx. Rastlinné bunky mimo bunkovej membrány majú pevnú bunkovú stenu, ktorá vytvára vonkajšiu oporu a udržuje tvar bunky. Pozostáva z vlákniny (celulózy), vo vode nerozpustného polysacharidu.

Medzi Hlavné funkcie bunkovej membrány možno rozlíšiť ako bariérové, transportné, enzymatické a receptorové. Bunková (biologická) membrána (alias plazmalema, plazmatická alebo cytoplazmatická membrána) chráni obsah bunky alebo jej organel pred okolím, zabezpečuje selektívnu priepustnosť pre látky, nachádzajú sa na nej enzýmy, ale aj molekuly, ktoré dokážu „zachytiť“ rôzne chemické a fyzikálne signály.

Túto funkciu zabezpečuje špeciálna štruktúra bunkovej membrány.

Pri evolúcii života na Zemi sa bunka vo všeobecnosti mohla vytvoriť až po objavení sa membrány, ktorá oddelila a stabilizovala vnútorný obsah a zabránila jeho rozpadu.

Z hľadiska udržiavania homeostázy (samoregulácia relatívnej stálosti vnútorného prostredia) bariérová funkcia bunkovej membrány úzko súvisí s transportom.

Malé molekuly sú schopné prejsť cez plazmalemu bez akýchkoľvek "pomocníkov" po koncentračnom gradiente, teda z oblasti s vysokou koncentráciou danej látky do oblasti s nízkou koncentráciou. To je prípad napríklad plynov, ktoré sa podieľajú na dýchaní. Kyslík a oxid uhličitý difundujú cez bunkovú membránu v smere, kde je ich koncentrácia momentálne nižšia.

Keďže membrána je väčšinou hydrofóbna (vďaka dvojitej lipidovej vrstve), polárne (hydrofilné) molekuly, dokonca ani malé, cez ňu často nedokážu preniknúť. Preto množstvo membránových proteínov pôsobí ako nosiče takýchto molekúl, viažu sa na ne a transportujú ich cez plazmalemu.

Integrálne (membránou prenikajúce) proteíny často fungujú na princípe otvárania a zatvárania kanálov. Keď sa molekula priblíži k takému proteínu, spojí sa s ním a kanál sa otvorí. Táto alebo iná látka prechádza proteínovým kanálom, potom sa zmení jej konformácia a kanál sa pre túto látku uzavrie, ale môže sa otvoriť pre prechod inej látky. Na tomto princípe funguje sodno-draselná pumpa, ktorá pumpuje draselné ióny do bunky a odčerpáva z nej sodíkové ióny.

Enzymatická funkcia bunkovej membrány vo väčšej miere realizované na membránach bunkových organel. Väčšina proteínov syntetizovaných v bunke vykonáva enzymatickú funkciu. Sedia na membráne v určitom poradí a organizujú dopravník, keď reakčný produkt katalyzovaný jedným enzýmovým proteínom prechádza na ďalší. Takáto „potrubia“ stabilizuje povrchové proteíny plazmalemy.

Napriek univerzálnosti štruktúry všetkých biologických membrán (sú postavené podľa jediného princípu, sú takmer rovnaké vo všetkých organizmoch a v rôznych membránových bunkových štruktúrach), ich chemické zloženie sa môže stále líšiť. Je viac tekutých a pevnejších, niektoré majú viac istých bielkovín, iné menej. Okrem toho sa líšia aj rôzne strany (vnútorné a vonkajšie) tej istej membrány.

Membrána, ktorá zvonku obklopuje bunku (cytoplazmatická), má veľa sacharidových reťazcov pripojených k lipidom alebo proteínom (v dôsledku toho sa tvoria glykolipidy a glykoproteíny). Mnohé z týchto sacharidov funkcia receptora, ktoré sú citlivé na určité hormóny, zachytávajúce zmeny fyzikálnych a chemických ukazovateľov v prostredí.

Ak sa napríklad hormón naviaže na svoj bunkový receptor, potom sacharidová časť molekuly receptora zmení svoju štruktúru a následne sa zmení štruktúra pridruženej proteínovej časti prenikajúcej cez membránu. V ďalšom štádiu sa v bunke spúšťajú alebo zastavujú rôzne biochemické reakcie, t.j. mení sa jej metabolizmus a začína sa bunková odpoveď na „dráždidlo“.

Okrem uvedených štyroch funkcií bunkovej membrány sa rozlišujú ďalšie: matrica, energia, značenie, vytváranie medzibunkových kontaktov atď. Možno ich však považovať za „podfunkcie“ už uvažovaných.

Vonkajšia bunková membrána (plazmalema, cytolema, plazmatická membrána) živočíšnych buniek pokrytá zvonka (t.j. na strane, ktorá nie je v kontakte s cytoplazmou) vrstvou oligosacharidových reťazcov kovalentne naviazaných na membránové proteíny (glykoproteíny) a v menšej miere na lipidy (glykolipidy). Tento sacharidový obal membrány sa nazýva glykokalyx.Účel glykokalyxu ešte nie je veľmi jasný; existuje predpoklad, že táto štruktúra sa zúčastňuje procesov medzibunkového rozpoznávania.

V rastlinných bunkách na vrchnej časti vonkajšej bunkovej membrány je hustá celulózová vrstva s pórmi, cez ktoré prebieha komunikácia medzi susednými bunkami cez cytoplazmatické mostíky.

Bunky huby na vrchu plazmalemy - hustá vrstva chitín.

O baktérie – mureina.

Vlastnosti biologických membrán

1. Schopnosť samostatnej montáže po ničivých nárazoch. Táto vlastnosť je určená fyzikálno-chemickými charakteristikami fosfolipidových molekúl, ktoré sa vo vodnom roztoku spájajú tak, že hydrofilné konce molekúl sa otáčajú smerom von a hydrofóbne konce smerom dovnútra. Proteíny môžu byť začlenené do hotových fosfolipidových vrstiev. Schopnosť sebazostavenia je nevyhnutná na bunkovej úrovni.

2. Polopriepustnosť(selektivita pri prenose iónov a molekúl). Zabezpečuje udržanie stálosti iónového a molekulárneho zloženia v bunke.

3. Tekutosť membrány. Membrány nie sú tuhé štruktúry; neustále kolíšu v dôsledku rotačných a oscilačných pohybov molekúl lipidov a proteínov. To poskytuje vysokú rýchlosť enzymatických a iných chemických procesov v membránach.

4. Fragmenty blán nemajú voľné konce, keďže sú uzavreté v bublinách.

Funkcie vonkajšej bunkovej membrány (plazmalema)

Hlavné funkcie plazmalemy sú nasledovné: 1) bariéra, 2) receptor, 3) výmena, 4) transport.

1. bariérová funkcia. Vyjadruje sa v skutočnosti, že plazmalema obmedzuje obsah bunky, oddeľuje ju od vonkajšieho prostredia a intracelulárne membrány rozdeľujú cytoplazmu na samostatné reakčné bunky. priehradky.

2. funkcia receptora. Jednou z najdôležitejších funkcií plazmalemy je zabezpečiť komunikáciu (spojenie) bunky s vonkajším prostredím prostredníctvom receptorového aparátu prítomného v membránach, ktorý má proteínovú alebo glykoproteínovú povahu. Hlavnou funkciou receptorových formácií plazmalemy je rozpoznávanie vonkajších signálov, vďaka ktorým sú bunky správne orientované a tvoria tkanivá v procese diferenciácie. S funkciou receptora je spojená činnosť rôznych regulačných systémov, ako aj tvorba imunitnej odpovede.

výmenná funkcia je určený obsahom enzýmových proteínov v biologických membránach, ktoré sú biologickými katalyzátormi. Ich aktivita sa mení v závislosti od pH média, teploty, tlaku, koncentrácie substrátu aj samotného enzýmu. Enzýmy určujú intenzitu kľúčových reakcií metabolizmus, ako aj orientácia.

Transportná funkcia membrán. Membrána zabezpečuje selektívny prienik rôznych chemikálií do bunky az bunky do prostredia. Transport látok je nevyhnutný na udržanie vhodného pH v bunke, správnej koncentrácie iónov, čo zabezpečuje účinnosť bunkových enzýmov. Transport dodáva živiny, ktoré slúžia ako zdroj energie, ako aj materiál na tvorbu rôznych bunkových zložiek. Podmieňuje odstraňovanie toxického odpadu z bunky, vylučovanie rôznych užitočných látok a vytváranie iónových gradientov nevyhnutných pre nervovú a svalovú činnosť.Zmeny v rýchlosti prenosu látok môžu viesť k poruchám bioenergetických procesov, metabolizmu voda-soľ. , excitabilita a iné procesy. Korekcia týchto zmien je základom účinku mnohých liekov.

Existujú dva hlavné spôsoby, ktorými látky vstupujú do bunky a von z bunky do vonkajšieho prostredia;

pasívna doprava,

aktívny transport.

Pasívna doprava ide pozdĺž gradientu chemickej alebo elektrochemickej koncentrácie bez vynaloženia energie ATP. Ak molekula transportovanej látky nemá náboj, potom je smer pasívneho transportu určený len rozdielom koncentrácie tejto látky na oboch stranách membrány (chemický koncentračný gradient). Ak je molekula nabitá, tak jej transport je ovplyvnený tak chemickým koncentračným gradientom, ako aj elektrickým gradientom (membránovým potenciálom).

Oba gradienty spolu tvoria elektrochemický gradient. Pasívny transport látok sa môže uskutočniť dvoma spôsobmi: jednoduchou difúziou a uľahčenou difúziou.

S jednoduchou difúziou Ióny solí a voda môžu prenikať cez selektívne kanály. Tieto kanály sú tvorené niektorými transmembránovými proteínmi, ktoré tvoria end-to-end transportné cesty, ktoré sú otvorené trvalo alebo len na krátky čas. Prostredníctvom selektívnych kanálov prenikajú rôzne molekuly, ktorých veľkosť a náboj zodpovedá kanálom.

Existuje aj iný spôsob jednoduchej difúzie – ide o difúziu látok cez lipidovú dvojvrstvu, cez ktorú ľahko prechádzajú látky rozpustné v tukoch a voda. Lipidová dvojvrstva je nepriepustná pre nabité molekuly (ióny) a zároveň nenabité malé molekuly môžu voľne difundovať a čím je molekula menšia, tým rýchlejšie sa transportuje. Pomerne vysoká rýchlosť difúzie vody cez lipidovú dvojvrstvu je spôsobená práve malou veľkosťou jej molekúl a absenciou náboja.

S uľahčenou difúziou na transporte látok sa podieľajú bielkoviny – nosiče, ktoré fungujú na princípe „ping-pongu“. V tomto prípade proteín existuje v dvoch konformačných stavoch: v stave „pong“ sú väzbové miesta transportovanej látky otvorené na vonkajšej strane dvojvrstvy a v stave „ping“ sú rovnaké miesta otvorené na druhej strane. strane. Tento proces je reverzibilný. Z ktorej strany bude väzobné miesto látky v danom čase otvorené, závisí od koncentračného gradientu tejto látky.

Týmto spôsobom prechádzajú cez membránu cukry a aminokyseliny.

Pri uľahčenej difúzii sa rýchlosť transportu látok výrazne zvyšuje v porovnaní s jednoduchou difúziou.

Okrem nosných proteínov sa na uľahčenej difúzii podieľajú aj niektoré antibiotiká, ako je gramicidín a valinomycín.

Pretože zabezpečujú transport iónov, sú tzv ionofóry.

Aktívny transport látok v bunke. Tento druh dopravy je vždy spojený s nákladmi na energiu. Zdrojom energie potrebnej na aktívny transport je ATP. Charakteristickým znakom tohto druhu dopravy je, že sa uskutočňuje dvoma spôsobmi:

pomocou enzýmov nazývaných ATPázy;

transport v membránovom balení (endocytóza).

AT vonkajšia bunková membrána obsahuje enzýmové proteíny, ako sú ATPázy, ktorých funkciou je zabezpečovať aktívny transport iónov proti koncentračnému gradientu. Keďže zabezpečujú transport iónov, tento proces sa nazýva iónová pumpa.

V živočíšnej bunke existujú štyri hlavné systémy transportu iónov. Tri z nich zabezpečujú prenos cez biologické membrány: Na + a K +, Ca +, H + a štvrtý - prenos protónov počas činnosti mitochondriálneho dýchacieho reťazca.

Príkladom mechanizmu aktívneho transportu iónov je sodíkovo-draselná pumpa v živočíšnych bunkách. V bunke udržiava konštantnú koncentráciu sodíkových a draselných iónov, ktorá sa líši od koncentrácie týchto látok v prostredí: normálne je v bunke menej iónov sodíka ako v prostredí a viac draslíka.

Výsledkom je, že podľa zákonov jednoduchej difúzie má draslík tendenciu opustiť bunku a sodík difunduje do bunky. Na rozdiel od jednoduchej difúzie sodíkovo-draslíková pumpa neustále odčerpáva sodík z bunky a vstrekuje draslík: na tri vyvrhnuté molekuly sodíka pripadajú do bunky dve molekuly draslíka.

Tento transport sodno-draslíkových iónov zabezpečuje ATP-dependentný enzým, ktorý je v membráne lokalizovaný tak, že preniká celou jej hrúbkou.Sodík a ATP vstupujú do tohto enzýmu zvnútra membrány a draslík z membrány. vonku.

K prenosu sodíka a draslíka cez membránu dochádza v dôsledku konformačných zmien, ktorým podlieha ATPáza závislá od sodíka a draslíka, ktorá sa aktivuje, keď sa zvýši koncentrácia sodíka vo vnútri bunky alebo draslíka v prostredí.

Na pohon tohto čerpadla je potrebná hydrolýza ATP. Tento proces zabezpečuje rovnaký enzým ATP-áza závislá od sodíka a draslíka. Zároveň sa viac ako jedna tretina ATP spotrebovaného živočíšnou bunkou v pokoji vynakladá na prácu sodíkovo - draslíkovej pumpy.

Porušenie správneho fungovania sodíkovo - draslíkovej pumpy vedie k rôznym vážnym ochoreniam.

Účinnosť tohto čerpadla presahuje 50%, čo nedosahujú najmodernejšie stroje vytvorené človekom.

Mnoho aktívnych transportných systémov je poháňaných skôr energiou uloženou v iónových gradientoch než priamou hydrolýzou ATP. Všetky fungujú ako kotransportné systémy (uľahčujúce transport zlúčenín s nízkou molekulovou hmotnosťou). Napríklad aktívny transport určitých cukrov a aminokyselín do živočíšnych buniek je určený gradientom sodíkových iónov a čím vyšší je gradient sodíkových iónov, tým väčšia je rýchlosť absorpcie glukózy. Naopak, ak sa koncentrácia sodíka v medzibunkovom priestore výrazne zníži, transport glukózy sa zastaví. V tomto prípade sa sodík musí spojiť s nosným proteínom glukózy závislým od sodíka, ktorý má dve väzbové miesta: jedno pre glukózu a druhé pre sodík. Ióny sodíka prenikajúce do bunky prispievajú k zavedeniu nosného proteínu do bunky spolu s glukózou. Ióny sodíka, ktoré vstúpili do bunky spolu s glukózou, sú odčerpávané ATPázou závislou od sodíka a draslíka, ktorá udržiavaním gradientu koncentrácie sodíka nepriamo riadi transport glukózy.

Preprava látok v membránových obaloch. Veľké molekuly biopolymérov prakticky nedokážu preniknúť cez plazmalemu žiadnym z vyššie opísaných mechanizmov transportu látok do bunky. Sú zachytené bunkou a absorbované v membránovom obale, ktorý je tzv endocytóza. Ten sa formálne delí na fagocytózu a pinocytózu. Zachytávanie pevných častíc bunkou je fagocytóza a tekuté - pinocytóza. Počas endocytózy sa pozorujú tieto štádiá:

príjem absorbovanej látky vďaka receptorom v bunkovej membráne;

invaginácia membrány s tvorbou bubliny (vezikuly);

oddelenie endocytovej vezikuly od membrány s vynaložením energie - tvorba fagozómov a obnovenie integrity membrány;

Fúzia fagozómu s lyzozómom a tvorba fagolyzozómy (tráviaca vakuola) pri ktorých dochádza k tráveniu absorbovaných častíc;

odstránenie nestráveného materiálu vo fagolyzozóme z bunky ( exocytóza).

V ríši zvierat endocytóza je charakteristický spôsob výživy mnohých jednobunkových organizmov (napríklad u améb) a medzi mnohobunkovými organizmami sa tento typ trávenia častíc potravy nachádza v endodermálnych bunkách v coelenterátoch. Pokiaľ ide o cicavce a ľudí, majú retikulo-histio-endoteliálny systém buniek so schopnosťou endocytózy. Príkladmi sú krvné leukocyty a pečeňové Kupfferove bunky. Posledné vystielajú takzvané sínusové kapiláry pečene a zachytávajú rôzne cudzie častice suspendované v krvi. Exocytóza- aj to je spôsob odstránenia z bunky mnohobunkového organizmu ňou vylučovaného substrátu, ktorý je nevyhnutný pre funkciu iných buniek, tkanív a orgánov.

Vonku je bunka pokrytá plazmatickou membránou (alebo vonkajšou bunkovou membránou) s hrúbkou asi 6-10 nm.

Bunková membrána je hustý film proteínov a lipidov (hlavne fosfolipidov). Molekuly lipidov sú usporiadané usporiadane - kolmo na povrch, v dvoch vrstvách tak, že ich časti, ktoré intenzívne interagujú s vodou (hydrofilné), smerujú von a časti, ktoré sú inertné voči vode (hydrofóbne), smerujú dovnútra.

Proteínové molekuly sú umiestnené v nespojitej vrstve na povrchu lipidového rámca na oboch stranách. Niektoré z nich sú ponorené do lipidovej vrstvy a niektoré ňou prechádzajú a vytvárajú oblasti priepustné pre vodu. Tieto proteíny plnia rôzne funkcie – niektoré z nich sú enzýmy, iné transportné proteíny podieľajúce sa na prenose určitých látok z prostredia do cytoplazmy a naopak.

Základné funkcie bunkovej membrány

Jednou z hlavných vlastností biologických membrán je selektívna permeabilita (semipermeabilita)- niektoré látky cez ne prechádzajú ťažko, iné ľahko a dokonca smerom k vyššej koncentrácii.Pre väčšinu buniek je teda koncentrácia iónov Na vo vnútri oveľa nižšia ako v prostredí. Pre ióny K je charakteristický opačný pomer: ich koncentrácia vo vnútri bunky je vyššia ako vonku. Preto ióny Na vždy majú tendenciu vstúpiť do bunky a ióny K - ísť von. Vyrovnaniu koncentrácií týchto iónov bráni prítomnosť špeciálneho systému v membráne, ktorý hrá úlohu pumpy, ktorá pumpuje Na ióny von z bunky a súčasne pumpuje K ióny dovnútra.

Túžba Na iónov pohybovať sa zvonku dovnútra sa využíva na transport cukrov a aminokyselín do bunky. Aktívnym odstraňovaním iónov Na z bunky sa vytvárajú podmienky pre vstup glukózy a aminokyselín do bunky.

V mnohých bunkách dochádza k absorpcii látok aj fagocytózou a pinocytózou. O fagocytóza pružná vonkajšia membrána tvorí malú priehlbinu, kadiaľ vstupuje zachytená častica. Toto vybranie sa zväčšuje a častica je obklopená časťou vonkajšej membrány a je ponorená do cytoplazmy bunky. Fenomén fagocytózy je charakteristický pre amébu a niektoré ďalšie prvoky, ako aj leukocyty (fagocyty). Podobne bunky absorbujú tekutiny obsahujúce látky potrebné pre bunku. Tento jav bol tzv pinocytóza.

Vonkajšie membrány rôznych buniek sa výrazne líšia tak v chemickom zložení ich proteínov a lipidov, ako aj v ich relatívnom obsahu. Práve tieto vlastnosti určujú rozmanitosť fyziologickej aktivity membrán rôznych buniek a ich úlohu v živote buniek a tkanív.

Endoplazmatické retikulum bunky je spojené s vonkajšou membránou. Pomocou vonkajších membrán sa uskutočňujú rôzne typy medzibunkových kontaktov, t.j. komunikácia medzi jednotlivými bunkami.

Mnoho typov buniek sa vyznačuje prítomnosťou veľkého počtu výčnelkov, záhybov, mikroklkov na ich povrchu. Prispievajú jednak k výraznému zväčšeniu povrchu buniek a zlepšeniu metabolizmu, ako aj k pevnejším väzbám jednotlivých buniek medzi sebou.

Na vonkajšej strane bunkovej membrány majú rastlinné bunky hrubé membrány, ktoré sú jasne viditeľné v optickom mikroskope, pozostávajúce z celulózy (celulózy). Vytvárajú silnú oporu pre rastlinné pletivá (drevo).

Niektoré bunky živočíšneho pôvodu majú aj množstvo vonkajších štruktúr, ktoré sa nachádzajú na vrchu bunkovej membrány a majú ochranný charakter. Príkladom je chitín krycích buniek hmyzu.

Funkcie bunkovej membrány (stručne)

bunková membrána tiež nazývaná plazmatická (alebo cytoplazmatická) membrána a plazmalema. Táto štruktúra nielen oddeľuje vnútorný obsah bunky od vonkajšieho prostredia, ale vstupuje aj do zloženia väčšiny bunkových organel a jadra, čím ich oddeľuje od hyaloplazmy (cytosol) - viskózno-kvapalnej časti cytoplazmy. Dohodnime sa, že zavoláme cytoplazmatická membrána taký, ktorý oddeľuje obsah bunky od vonkajšieho prostredia. Zvyšné výrazy sa vzťahujú na všetky membrány.

Základom štruktúry bunkovej (biologickej) membrány je dvojitá vrstva lipidov (tukov). Tvorba takejto vrstvy je spojená s vlastnosťami ich molekúl. Lipidy sa vo vode nerozpúšťajú, ale vlastným spôsobom v nej kondenzujú. Jedna časť jednej molekuly lipidu je polárna hlava (je priťahovaná vodou, t.j. hydrofilná) a druhá je pár dlhých nepolárnych chvostov (táto časť molekuly je odpudzovaná vodou, t.j. hydrofóbna) . Táto štruktúra molekúl ich núti „skryť“ svoje chvosty pred vodou a otáčať ich polárne hlavy smerom k vode.

V dôsledku toho sa vytvorí lipidová dvojvrstva, v ktorej sú nepolárne chvosty vo vnútri (obrátené k sebe) a polárne hlavy smerujú von (do vonkajšieho prostredia a cytoplazmy). Povrch takejto membrány je hydrofilný, ale vo vnútri je hydrofóbny.

V bunkových membránach medzi lipidmi prevládajú fosfolipidy (sú to komplexné lipidy). Ich hlavy obsahujú zvyšky kyseliny fosforečnej. Okrem fosfolipidov sú to glykolipidy (lipidy + sacharidy) a cholesterol (patrí medzi steroly). Ten dáva membráne tuhosť, ktorá sa nachádza v jej hrúbke medzi chvostmi zostávajúcich lipidov (cholesterol je úplne hydrofóbny).

V dôsledku elektrostatickej interakcie sú určité proteínové molekuly pripojené k nabitým hlavám lipidov, ktoré sa stávajú povrchovými membránovými proteínmi. Iné proteíny interagujú s nepolárnymi chvostíkmi, čiastočne klesajú do dvojvrstvy alebo do nej prenikajú skrz naskrz.

Bunková membrána teda pozostáva z dvojvrstvy lipidov, povrchových (periférnych), ponorených (polointegrálnych) a penetrujúcich (integrálnych) proteínov. Okrem toho sú niektoré proteíny a lipidy na vonkajšej strane membrány spojené so sacharidovými reťazcami.

to fluidná mozaika model membránovej štruktúry bol predložený v 70. rokoch XX storočia. Predtým sa predpokladal sendvičový model štruktúry, podľa ktorého je lipidová dvojvrstva umiestnená vo vnútri a na vnútornej a vonkajšej strane membrány je pokrytá súvislými vrstvami povrchových proteínov. Nahromadenie experimentálnych údajov však túto hypotézu vyvrátilo.

Hrúbka membrán v rôznych bunkách je asi 8 nm. Membrány (aj rôzne strany jednej) sa od seba líšia percentom rôznych typov lipidov, bielkovín, enzymatickou aktivitou atď. Niektoré membrány sú tekutejšie a priepustnejšie, iné sú hustejšie.

Prestávky v bunkovej membráne sa ľahko spájajú v dôsledku fyzikálno-chemických charakteristík lipidovej dvojvrstvy. V rovine membrány sa pohybujú lipidy a proteíny (pokiaľ nie sú fixované cytoskeletom).

Funkcie bunkovej membrány

Väčšina proteínov ponorených do bunkovej membrány plní enzymatickú funkciu (sú to enzýmy). Často (najmä v membránach bunkových organel) sú enzýmy usporiadané v určitom poradí tak, že reakčné produkty katalyzované jedným enzýmom prechádzajú na druhý, potom tretí atď. Vytvorí sa dopravník, ktorý stabilizuje povrchové proteíny, pretože sa umožňujú enzýmom plávať pozdĺž lipidovej dvojvrstvy.

Bunková membrána plní vymedzujúcu (bariérovú) funkciu od okolia a zároveň transportnú funkciu. Dá sa povedať, že je to jeho najdôležitejší účel. Cytoplazmatická membrána, ktorá má pevnosť a selektívnu permeabilitu, udržuje stálosť vnútorného zloženia bunky (jej homeostázu a integritu).

V tomto prípade dochádza k transportu látok rôznymi spôsobmi. Transport pozdĺž koncentračného gradientu zahŕňa pohyb látok z oblasti s vyššou koncentráciou do oblasti s nižšou (difúzia). Takže napríklad plyny difundujú (CO 2, O 2).

Dochádza aj k transportu proti koncentračnému spádu, ale s výdajom energie.

Transport je pasívny a ľahký (keď mu pomáha nejaký nosič). Pre látky rozpustné v tukoch je možná pasívna difúzia cez bunkovú membránu.

Existujú špeciálne bielkoviny, vďaka ktorým sú membrány priepustné pre cukry a iné vo vode rozpustné látky. Tieto nosiče sa viažu na transportované molekuly a ťahajú ich cez membránu. Takto sa glukóza transportuje do červených krviniek.

Preklenutie proteínov, keď sa spojí, môže vytvoriť pór na pohyb určitých látok cez membránu. Takéto nosiče sa nepohybujú, ale tvoria kanál v membráne a fungujú podobne ako enzýmy, viažu špecifickú látku. Prenos sa uskutočňuje v dôsledku zmeny v konformácii proteínu, v dôsledku ktorej sa v membráne vytvárajú kanály. Príkladom je sodno-draselná pumpa.

Transportná funkcia membrány eukaryotickej bunky sa realizuje aj prostredníctvom endocytózy (a exocytózy). Prostredníctvom týchto mechanizmov sa do bunky (a von z nej) dostávajú veľké molekuly biopolymérov, dokonca celé bunky. Endo- a exocytóza nie sú charakteristické pre všetky eukaryotické bunky (prokaryoty ju nemajú vôbec). Takže endocytóza sa pozoruje u prvokov a nižších bezstavovcov; u cicavcov absorbujú leukocyty a makrofágy škodlivé látky a baktérie, t.j. endocytóza plní pre telo ochrannú funkciu.

Endocytóza sa delí na fagocytóza(cytoplazma obaľuje veľké častice) a pinocytóza(zachytenie kvapiek kvapaliny s látkami v nej rozpustenými). Mechanizmus týchto procesov je približne rovnaký. Absorbované látky na povrchu bunky sú obklopené membránou. Vytvorí sa vezikula (fagocytárna alebo pinocytická), ktorá sa potom presunie do bunky.

Exocytóza je odstraňovanie látok z bunky cytoplazmatickou membránou (hormóny, polysacharidy, bielkoviny, tuky atď.). Tieto látky sú uzavreté v membránových vezikulách, ktoré zapadajú do bunkovej membrány. Obe membrány sa spájajú a obsah je mimo bunky.

Cytoplazmatická membrána plní funkciu receptora. K tomu sa na jeho vonkajšej strane nachádzajú štruktúry, ktoré dokážu rozpoznať chemický alebo fyzikálny podnet. Niektoré z proteínov prenikajúcich do plazmalemy sú zvonka spojené s polysacharidovými reťazcami (tvoria glykoproteíny). Sú to zvláštne molekulárne receptory, ktoré zachytávajú hormóny. Keď sa konkrétny hormón naviaže na svoj receptor, zmení svoju štruktúru. To zase spúšťa mechanizmus bunkovej odozvy. Súčasne sa môžu otvoriť kanály a určité látky môžu začať vstupovať do bunky alebo z nej byť odstránené.

Receptorová funkcia bunkových membrán bola dobre študovaná na základe pôsobenia hormónu inzulínu. Keď sa inzulín naviaže na svoj glykoproteínový receptor, aktivuje sa katalytická intracelulárna časť tohto proteínu (enzým adenylátcykláza). Enzým syntetizuje cyklický AMP z ATP. Už aktivuje alebo inhibuje rôzne enzýmy bunkového metabolizmu.

Receptorová funkcia cytoplazmatickej membrány zahŕňa aj rozpoznávanie susedných buniek rovnakého typu. Takéto bunky sú navzájom spojené rôznymi medzibunkovými kontaktmi.

V tkanivách si pomocou medzibunkových kontaktov môžu bunky medzi sebou vymieňať informácie pomocou špeciálne syntetizovaných látok s nízkou molekulovou hmotnosťou. Jedným z príkladov takejto interakcie je kontaktná inhibícia, keď bunky prestanú rásť po prijatí informácie, že voľný priestor je obsadený.

Medzibunkové kontakty sú jednoduché (membrány rôznych buniek spolu susedia), uzamykacie (invaginácia membrány jednej bunky do druhej), desmozómy (keď sú membrány spojené zväzkami priečnych vlákien prenikajúcich do cytoplazmy). Okrem toho existuje variant medzibunkových kontaktov v dôsledku mediátorov (sprostredkovateľov) - synapsií. V nich sa signál prenáša nielen chemicky, ale aj elektricky. Synapsie prenášajú signály medzi nervovými bunkami, ako aj z nervu do svalu.