plazmatická membrána , alebo plazmalema,- najstálejšia, základná, univerzálna membrána pre všetky bunky. Je to najtenší (asi 10 nm) film pokrývajúci celú bunku. Plazmalemu tvoria molekuly proteínov a fosfolipidov (obr. 1.6).

Molekuly fosfolipidov sú usporiadané v dvoch radoch - hydrofóbne konce smerom dovnútra, hydrofilné hlavy do vnútorného a vonkajšieho vodného prostredia. Na niektorých miestach je dvojvrstva (dvojvrstva) fosfolipidov preniknutá proteínovými molekulami (integrálne proteíny). Vo vnútri takýchto proteínových molekúl sú kanály - póry, cez ktoré prechádzajú látky rozpustné vo vode. Iné proteínové molekuly prenikajú polovicou lipidovej dvojvrstvy z jednej alebo druhej strany (semiintegrálne proteíny). Na povrchu membrán eukaryotických buniek sú periférne proteíny. Molekuly lipidov a proteínov sú držané pohromade hydrofilno-hydrofóbnymi interakciami.

Vlastnosti a funkcie membrán. Všetky bunkové membrány sú pohyblivé tekuté štruktúry, pretože molekuly lipidov a proteínov nie sú spojené kovalentnými väzbami a sú schopné sa pomerne rýchlo pohybovať v rovine membrány. Vďaka tomu môžu membrány meniť svoju konfiguráciu, t.j. majú tekutosť.

Membrány sú veľmi dynamické štruktúry. Rýchlo sa zotavujú z poškodenia a tiež sa naťahujú a sťahujú bunkovými pohybmi.

Membrány rôznych typov buniek sa výrazne líšia tak chemickým zložením, ako aj relatívnym obsahom proteínov, glykoproteínov a lipidov v nich, a teda aj povahou receptorov v nich prítomných. Každý bunkový typ sa preto vyznačuje osobitosťou, ktorá je určená hlavne glykoproteíny. Zapojené sú glykoproteíny s rozvetveným reťazcom vyčnievajúce z bunkovej membrány rozpoznávanie faktorov vonkajšieho prostredia, ako aj pri vzájomnom rozpoznávaní príbuzných buniek. Napríklad vajíčko a spermie sa navzájom rozpoznávajú podľa povrchových glykoproteínov, ktoré do seba zapadajú ako samostatné prvky celej štruktúry. Takéto vzájomné uznávanie je nevyhnutnou etapou pred oplodnením.

Podobný jav sa pozoruje v procese diferenciácie tkanív. V tomto prípade sa bunky podobnej štruktúry pomocou rozpoznávania úsekov plazmalemy správne orientujú voči sebe navzájom, čím sa zabezpečuje ich adhézia a tvorba tkaniva. Súvisí s uznaním regulácia dopravy molekuly a ióny cez membránu, ako aj imunologickú odpoveď, v ktorej glykoproteíny zohrávajú úlohu antigénov. Cukry tak môžu fungovať ako informačné molekuly (podobne ako bielkoviny a nukleové kyseliny). Membrány obsahujú aj špecifické receptory, nosiče elektrónov, konvertory energie, enzymatické proteíny. Proteíny sa podieľajú na zabezpečovaní transportu určitých molekúl do bunky alebo z bunky, vykonávajú štrukturálne spojenie cytoskeletu s bunkovými membránami alebo slúžia ako receptory na príjem a premenu chemických signálov z prostredia.

Najdôležitejšou vlastnosťou membrány je tiež selektívna priepustnosť. To znamená, že molekuly a ióny ním prechádzajú rôznou rýchlosťou a čím väčšia je veľkosť molekúl, tým pomalšie prechádzajú cez membránu. Táto vlastnosť definuje plazmatickú membránu ako osmotickú bariéru. Voda a plyny v nej rozpustené majú maximálnu penetračnú silu; ióny prechádzajú cez membránu oveľa pomalšie. Difúzia vody cez membránu sa nazýva osmóza.

Existuje niekoľko mechanizmov na transport látok cez membránu.

Difúzia- prienik látok cez membránu pozdĺž koncentračného gradientu (z oblasti, kde je ich koncentrácia vyššia, do oblasti, kde je ich koncentrácia nižšia). Difúzny transport látok (voda, ióny) sa uskutočňuje za účasti membránových proteínov, ktoré majú molekulárne póry, alebo za účasti lipidovej fázy (u látok rozpustných v tukoch).

S uľahčenou difúzioušpeciálne membránové nosné proteíny sa selektívne viažu na jeden alebo iný ión alebo molekulu a prenášajú ich cez membránu pozdĺž koncentračného gradientu.

aktívny transport je spojená s nákladmi na energiu a slúži na transport látok proti ich koncentračnému gradientu. On uskutočňujú špeciálne nosné proteíny, ktoré tvoria tzv iónové čerpadlá. Najviac študovaná je Na - / K - pumpa v živočíšnych bunkách, ktorá aktívne odčerpáva Na + ióny, pričom absorbuje K - ióny. Vďaka tomu sa v bunke udržiava veľká koncentrácia K - a nižšia Na + v porovnaní s prostredím. Tento proces spotrebúva energiu ATP.

V dôsledku aktívneho transportu pomocou membránovej pumpy sa v bunke reguluje aj koncentrácia Mg 2- a Ca 2+.

V procese aktívneho transportu iónov do bunky prenikajú cez cytoplazmatickú membránu rôzne cukry, nukleotidy a aminokyseliny.

Cez bunkové membrány na rozdiel od iónov a monomérov neprechádzajú makromolekuly proteínov, nukleových kyselín, polysacharidov, lipoproteínových komplexov atď. K transportu makromolekúl, ich komplexov a častíc do bunky dochádza úplne iným spôsobom – endocytózou. o endocytóza (endo...- vo vnútri) určitá časť plazmalemy zachytáva a akoby obaluje extracelulárny materiál a uzatvára ho do membránovej vakuoly, ktorá vznikla v dôsledku invaginácie membrány. Následne je takáto vakuola napojená na lyzozóm, ktorého enzýmy štiepia makromolekuly na monoméry.

Reverzný proces endocytózy je exocytóza (exo...- vonku). Vďaka nemu bunka odstraňuje vnútrobunkové produkty alebo nestrávené zvyšky uzavreté vo vakuolách alebo pu-

bubliny. Vezikula sa priblíži k cytoplazmatickej membráne, splynie s ňou a jej obsah sa uvoľní do okolia. Ako sa vylučujú tráviace enzýmy, hormóny, hemicelulóza atď.

Biologické membrány, ako hlavné štrukturálne prvky bunky, teda neslúžia len ako fyzikálne hranice, ale ako dynamické funkčné povrchy. Na membránach organel sa uskutočňujú početné biochemické procesy, ako je aktívna absorpcia látok, premena energie, syntéza ATP atď.

Funkcie biologických membrán nasledujúci:

Vymedzujú obsah bunky od vonkajšieho prostredia a obsah organel od cytoplazmy.

Zabezpečujú transport látok do bunky az bunky, z cytoplazmy do organel a naopak.

Plnia úlohu receptorov (prijímanie a konvertovanie signálov z okolia, rozpoznávanie bunkových látok a pod.).

Sú to katalyzátory (zabezpečujúce membránové chemické procesy).

Podieľajte sa na transformácii energie.

Všetky živé organizmy na Zemi sú tvorené bunkami a každá bunka je obklopená ochranným obalom – membránou. Funkcie membrány však nie sú obmedzené na ochranu organel a oddelenie jednej bunky od druhej. Bunková membrána je komplexný mechanizmus, ktorý sa priamo podieľa na reprodukcii, regenerácii, výžive, dýchaní a mnohých ďalších dôležitých funkciách buniek.

Pojem „bunková membrána“ sa používa približne sto rokov. Slovo "membrána" v preklade z latinčiny znamená "film". Ale v prípade bunkovej membrány by bolo správnejšie hovoriť o kombinácii dvoch fólií prepojených určitým spôsobom, navyše rôzne strany týchto fólií majú rôzne vlastnosti.

Bunková membrána (cytolema, plazmalema) je trojvrstvový lipoproteínový (tukovo-proteínový) obal, ktorý oddeľuje každú bunku od susedných buniek a prostredia a vykonáva riadenú výmenu medzi bunkami a prostredím.

V tejto definícii nie je rozhodujúce, že bunková membrána oddeľuje jednu bunku od druhej, ale že zabezpečuje jej interakciu s ostatnými bunkami a prostredím. Membrána je veľmi aktívna, neustále pracujúca štruktúra bunky, ktorej je od prírody pridelených veľa funkcií. Z nášho článku sa dozviete všetko o zložení, štruktúre, vlastnostiach a funkciách bunkovej membrány, ako aj o nebezpečenstve, ktoré pre ľudské zdravie predstavujú poruchy fungovania bunkových membrán.

História výskumu bunkových membrán

V roku 1925 boli dvaja nemeckí vedci Gorter a Grendel schopní vykonať zložitý experiment na ľudských červených krvinkách, erytrocytoch. Pomocou osmotického šoku vedci získali takzvané „tiene“ – prázdne schránky červených krviniek, potom ich dali na jednu hromadu a zmerali povrch. Ďalším krokom bol výpočet množstva lipidov v bunkovej membráne. Vedci pomocou acetónu izolovali lipidy z „tieňov“ a určili, že ich stačí akurát na dvojitú súvislú vrstvu.

Počas experimentu sa však urobili dve hrubé chyby:

Použitie acetónu neumožňuje izoláciu všetkých lipidov z membrán;

Plocha povrchu „tieňov“ bola vypočítaná suchou hmotnosťou, čo je tiež nesprávne.

Keďže prvá chyba dávala vo výpočtoch mínus a druhá plus, celkový výsledok sa ukázal byť prekvapivo presný a nemeckí vedci priniesli do vedeckého sveta najdôležitejší objav – lipidovú dvojvrstvu bunkovej membrány.

V roku 1935 ďalšia dvojica výskumníkov, Danielly a Dawson, po dlhých experimentoch na bilipidových filmoch dospela k záveru, že proteíny sú prítomné v bunkových membránach. Neexistoval žiadny iný spôsob, ako vysvetliť, prečo majú tieto filmy také vysoké povrchové napätie. Vedci predstavili verejnosti schematický model bunkovej membrány podobnej sendviču, kde úlohu krajcov chleba zohrávajú homogénne lipidovo-proteínové vrstvy a medzi nimi je namiesto oleja prázdnota.

V roku 1950 sa pomocou prvého elektrónového mikroskopu podarilo čiastočne potvrdiť Daniellyho-Dawsonovu teóriu - mikrofotografie bunkovej membrány jasne ukázali dve vrstvy pozostávajúce z lipidových a proteínových hlavičiek a medzi nimi priehľadný priestor vyplnený len chvostíkmi lipidov a bielkoviny.

V roku 1960, vedený týmito údajmi, americký mikrobiológ J. Robertson vypracoval teóriu o trojvrstvovej štruktúre bunkových membrán, ktorá bola dlho považovaná za jedinú pravdivú. S rozvojom vedy sa však rodilo čoraz viac pochybností o homogenite týchto vrstiev. Z hľadiska termodynamiky je takáto štruktúra mimoriadne nepriaznivá - pre bunky by bolo veľmi ťažké transportovať látky dovnútra a von cez celý „sendvič“. Navyše je dokázané, že bunkové membrány rôznych tkanív majú rôznu hrúbku a spôsob uchytenia, čo je spôsobené rôznymi funkciami orgánov.

V roku 1972 mikrobiológovia S.D. Speváčka a G.L. Nicholsonovi sa podarilo vysvetliť všetky nezrovnalosti Robertsonovej teórie pomocou nového, fluidno-mozaikového modelu bunkovej membrány. Vedci zistili, že membrána je heterogénna, asymetrická, naplnená tekutinou a jej bunky sú v neustálom pohybe. A proteíny, ktoré ju tvoria, majú inú štruktúru a účel, navyše sú umiestnené inak vo vzťahu k bilipidovej vrstve membrány.

Bunkové membrány obsahujú tri typy proteínov:

Periférne - pripevnené k povrchu filmu;

polointegrálny- čiastočne preniknúť do bilipidovej vrstvy;

Integrálne - úplne prenikajú membránou.

Periférne proteíny sú spojené s hlavami membránových lipidov prostredníctvom elektrostatickej interakcie a nikdy nevytvoria súvislú vrstvu, ako sa predtým verilo. A polointegrálne a integrálne proteíny slúžia na transport kyslíka a živín do bunky, ako aj na odstraňovanie rozpadu. produkty z nej a ďalšie pre niekoľko dôležitých funkcií, o ktorých sa dozviete neskôr.

Bunková membrána vykonáva tieto funkcie:

Bariéra – priepustnosť membrány pre rôzne typy molekúl nie je rovnaká.Na obídenie bunkovej membrány musí mať molekula určitú veľkosť, chemické vlastnosti a elektrický náboj. Škodlivé alebo nevhodné molekuly v dôsledku bariérovej funkcie bunkovej membrány jednoducho nemôžu vstúpiť do bunky. Napríklad pomocou peroxidovej reakcie membrána chráni cytoplazmu pred peroxidmi, ktoré sú pre ňu nebezpečné;

Transport - cez membránu prechádza pasívna, aktívna, regulovaná a selektívna výmena. Pasívny metabolizmus je vhodný pre látky rozpustné v tukoch a plyny pozostávajúce z veľmi malých molekúl. Takéto látky prenikajú do bunky a von z bunky bez výdaja energie, voľne, difúziou. Ak je to potrebné, aktivuje sa aktívna transportná funkcia bunkovej membrány, ale ťažko transportovateľné látky je potrebné preniesť do bunky alebo z bunky. Napríklad tie, ktoré majú veľkú molekulovú veľkosť alebo nie sú schopné prejsť cez bilipidovú vrstvu v dôsledku hydrofóbnosti. Potom začnú pracovať proteínové pumpy, vrátane ATPázy, ktorá je zodpovedná za absorpciu iónov draslíka do bunky a vypudzovanie iónov sodíka z nej. Regulovaný transport je nevyhnutný pre sekréciu a fermentačné funkcie, napríklad keď bunky produkujú a vylučujú hormóny alebo žalúdočnú šťavu. Všetky tieto látky opúšťajú bunky špeciálnymi kanálmi a v danom objeme. A selektívna transportná funkcia je spojená s veľmi integrálnymi proteínmi, ktoré prenikajú membránou a slúžia ako kanál pre vstup a výstup presne definovaných typov molekúl;

Matrix - bunková membrána určuje a fixuje umiestnenie organel voči sebe navzájom (jadro, mitochondrie, chloroplasty) a reguluje interakciu medzi nimi;

Mechanické - zabezpečuje oddelenie jednej bunky od druhej a zároveň správne spojenie buniek do homogénneho tkaniva a odolnosť orgánov voči deformácii;

Ochranné - ako u rastlín, tak aj u živočíchov slúži bunková membrána ako základ pre vybudovanie ochranného rámu. Príkladom je tvrdé drevo, hustá šupka, ostnaté tŕne. Vo svete zvierat je tiež veľa príkladov ochrannej funkcie bunkových membrán – panciera korytnačky, chitínový pancier, kopytá a rohy;

Energia - procesy fotosyntézy a bunkového dýchania by boli nemožné bez účasti proteínov bunkovej membrány, pretože bunky si vymieňajú energiu pomocou proteínových kanálov;

Receptor – proteíny uložené v bunkovej membráne môžu mať ešte jednu dôležitú funkciu. Slúžia ako receptory, cez ktoré bunka dostáva signál od hormónov a neurotransmiterov. A to je zase nevyhnutné pre vedenie nervových impulzov a normálny priebeh hormonálnych procesov;

Enzymatická - ďalšia dôležitá funkcia vlastná niektorým proteínom bunkových membrán. Napríklad v črevnom epiteli sa pomocou takýchto proteínov syntetizujú tráviace enzýmy;

Biopotenciál- koncentrácia draselných iónov vo vnútri bunky je oveľa vyššia ako vonku a koncentrácia sodíkových iónov je naopak väčšia vonku ako vo vnútri. To vysvetľuje potenciálny rozdiel: vo vnútri bunky je náboj negatívny, vonku je pozitívny, čo prispieva k pohybu látok do bunky a von v ktoromkoľvek z troch typov metabolizmu - fagocytóza, pinocytóza a exocytóza;

Značenie – na povrchu bunkových membrán sú takzvané „štítky“ – antigény pozostávajúce z glykoproteínov (proteínov s rozvetvenými bočnými oligosacharidovými reťazcami, ktoré sú na nich naviazané). Keďže postranné reťazce môžu mať obrovské množstvo konfigurácií, každý typ bunky dostáva svoju vlastnú jedinečnú značku, ktorá umožňuje iným bunkám v tele ich rozpoznať „z pohľadu“ a správne na ne reagovať. Preto napríklad ľudské imunitné bunky, makrofágy, ľahko rozpoznajú cudzinca, ktorý sa dostal do tela (infekcia, vírus) a pokúsia sa ho zničiť. To isté sa deje s chorými, zmutovanými a starými bunkami – zmení sa štítok na ich bunkovej membráne a telo sa ich zbaví.

Bunková výmena prebieha cez membrány a môže sa uskutočniť tromi hlavnými typmi reakcií:

Fagocytóza je bunkový proces, pri ktorom fagocytárne bunky vložené do membrány zachytávajú a trávia pevné častice živín. V ľudskom tele sa fagocytóza uskutočňuje membránami dvoch typov buniek: granulocyty (granulárne leukocyty) a makrofágy (bunky zabíjajúce imunitu);

Pinocytóza je proces zachytávania molekúl kvapaliny, ktoré s ňou prichádzajú do kontaktu povrchom bunkovej membrány. Na výživu podľa typu pinocytózy bunka na svojej membráne vyrastie tenké nadýchané výrastky vo forme antén, ktoré akoby obklopujú kvapku tekutiny a získa sa bublina. Najprv táto vezikula vyčnieva nad povrch membrány a potom je „prehltnutá“ - skrýva sa vo vnútri bunky a jej steny sa spájajú s vnútorným povrchom bunkovej membrány. Pinocytóza sa vyskytuje takmer vo všetkých živých bunkách;

Exocytóza je reverzný proces, pri ktorom sa vo vnútri bunky tvoria vezikuly so sekrečnou funkčnou tekutinou (enzým, hormón), ktorá sa musí z bunky nejakým spôsobom dostať do okolia. Aby to bolo možné, bublina najskôr splynie s vnútorným povrchom bunkovej membrány, potom sa vydutie smerom von, praskne, vytlačí obsah a opäť sa spojí s povrchom membrány, tentoraz zvonku. Exocytóza prebieha napríklad v bunkách črevného epitelu a kôry nadobličiek.

Bunkové membrány obsahujú tri triedy lipidov:

fosfolipidy;

glykolipidy;

Cholesterol.

Fosfolipidy (kombinácia tukov a fosforu) a glykolipidy (kombinácia tukov a sacharidov) zase pozostávajú z hydrofilnej hlavy, z ktorej vychádzajú dva dlhé hydrofóbne chvosty. Ale cholesterol niekedy zaberá priestor medzi týmito dvoma chvostmi a nedovoľuje im ohýbať sa, čo spôsobuje, že membrány niektorých buniek sú tuhé. Okrem toho molekuly cholesterolu zefektívňujú štruktúru bunkových membrán a zabraňujú prechodu polárnych molekúl z jednej bunky do druhej.

Ale najdôležitejšou zložkou, ako je zrejmé z predchádzajúcej časti o funkciách bunkových membrán, sú proteíny. Ich zloženie, účel a umiestnenie sú veľmi rôznorodé, ale je tu niečo spoločné, čo ich všetky spája: prstencové lipidy sa vždy nachádzajú okolo proteínov bunkových membrán. Ide o špeciálne tuky, ktoré sú jasne štruktúrované, stabilné, majú vo svojom zložení viac nasýtených mastných kyselín a uvoľňujú sa z membrán spolu so „sponzorovanými“ bielkovinami. Ide o akúsi osobnú ochrannú schránku pre proteíny, bez ktorej by jednoducho nefungovali.

Štruktúra bunkovej membrány je trojvrstvová. V strede leží relatívne homogénna tekutá bilipidová vrstva a bielkoviny ju po oboch stranách pokrývajú akousi mozaikou, čiastočne prenikajúcou do hrúbky. To znamená, že by bolo nesprávne myslieť si, že vonkajšie proteínové vrstvy bunkových membrán sú súvislé. Proteíny, okrem svojich komplexných funkcií, sú potrebné v membráne, aby prešli do buniek a transportovali z nich tie látky, ktoré nie sú schopné preniknúť do tukovej vrstvy. Napríklad ióny draslíka a sodíka. Pre nich sú k dispozícii špeciálne proteínové štruktúry - iónové kanály, o ktorých budeme podrobnejšie diskutovať nižšie.

Ak sa pozriete na bunkovú membránu cez mikroskop, môžete vidieť vrstvu lipidov tvorenú najmenšími guľovitými molekulami, pozdĺž ktorých sa podobne ako pri mori vznášajú veľké bielkovinové bunky rôznych tvarov. Presne tie isté membrány rozdeľujú vnútorný priestor každej bunky na kompartmenty, v ktorých je pohodlne umiestnené jadro, chloroplasty a mitochondrie. Ak by vnútri bunky neboli žiadne samostatné „miestnosti“, organely by sa zlepili a nemohli by správne vykonávať svoje funkcie.

Bunka je súbor organel štruktúrovaných a ohraničených membránami, ktorý sa podieľa na komplexe energetických, metabolických, informačných a reprodukčných procesov zabezpečujúcich životnú činnosť organizmu.

Ako je zrejmé z tejto definície, membrána je najdôležitejšou funkčnou zložkou každej bunky. Jeho význam je taký veľký ako význam jadra, mitochondrií a iných bunkových organel. A jedinečné vlastnosti membrány sú spôsobené jej štruktúrou: pozostáva z dvoch filmov zlepených špeciálnym spôsobom. Molekuly fosfolipidov v membráne sú umiestnené s hydrofilnými hlavami smerom von a hydrofóbnymi chvostmi dovnútra. Preto je jedna strana fólie zmáčaná vodou, zatiaľ čo druhá nie. Tieto filmy sú teda navzájom spojené nezmáčateľnými stranami dovnútra a vytvárajú bilipidovú vrstvu obklopenú molekulami proteínov. Toto je samotná „sendvičová“ štruktúra bunkovej membrány.

Iónové kanály bunkových membrán

Pozrime sa podrobnejšie na princíp fungovania iónových kanálov. Na čo sú potrebné? Faktom je, že cez lipidovú membránu môžu voľne prenikať iba látky rozpustné v tukoch - sú to samotné plyny, alkoholy a tuky. Takže napríklad v červených krvinkách dochádza k neustálej výmene kyslíka a oxidu uhličitého, a preto sa naše telo nemusí uchýliť k žiadnym ďalším trikom. Ale čo keď je potrebné transportovať vodné roztoky, ako sú sodné a draselné soli, cez bunkovú membránu?

Vydláždiť cestu takýmto látkam v bilipidovej vrstve by bolo nemožné, pretože otvory by sa okamžite stiahli a zlepili späť, taká je štruktúra akéhokoľvek tukového tkaniva. Príroda však ako vždy našla východisko zo situácie a vytvorila špeciálne štruktúry na transport bielkovín.

Existujú dva typy vodivých proteínov:

Transportéry sú semiintegrálne proteínové pumpy;

Channeloformery sú integrálne proteíny.

Proteíny prvého typu sú čiastočne ponorené do bilipidovej vrstvy bunkovej membrány a hľadia von svojimi hlavami a v prítomnosti požadovanej látky sa začnú správať ako pumpa: priťahujú molekulu a nasávajú ju do bunka. A proteíny druhého typu, integrálne, majú predĺžený tvar a sú umiestnené kolmo na bilipidovú vrstvu bunkovej membrány a prenikajú cez ňu. Cez ne, ako cez tunely, sa do bunky a von z nej presúvajú látky, ktoré nie sú schopné prejsť cez tuk. Cez iónové kanály prenikajú draselné ióny do bunky a hromadia sa v nej, zatiaľ čo sodíkové ióny sú naopak vynášané von. Existuje rozdiel v elektrických potenciáloch, tak nevyhnutných pre správne fungovanie všetkých buniek nášho tela.

Najdôležitejšie závery o štruktúre a funkciách bunkových membrán

Teória vždy vyzerá zaujímavo a sľubne, ak sa dá užitočne aplikovať v praxi. Objav štruktúry a funkcií bunkových membrán ľudského tela umožnil vedcom urobiť skutočný prielom vo vede všeobecne, a najmä v medicíne. Nie je náhoda, že sme sa tak podrobne zaoberali iónovými kanálmi, pretože práve tu leží odpoveď na jednu z najdôležitejších otázok našej doby: prečo ľudia čoraz častejšie ochorejú na onkológiu?

Rakovina si každoročne vyžiada približne 17 miliónov životov na celom svete a je štvrtou najčastejšou príčinou všetkých úmrtí. Podľa WHO sa výskyt rakoviny neustále zvyšuje a do konca roku 2020 by mohol dosiahnuť 25 miliónov ročne.

Čo vysvetľuje skutočnú epidémiu rakoviny a čo s ňou má spoločné funkcia bunkových membrán? Poviete si: dôvod je v zlých podmienkach prostredia, podvýžive, zlozvykoch a ťažkej dedičnosti. A, samozrejme, budete mať pravdu, ale ak sa budeme o probléme baviť podrobnejšie, tak dôvodom je prekyslenie ľudského organizmu. Vyššie uvedené negatívne faktory vedú k narušeniu bunkových membrán, bránia dýchaniu a výžive.

Tam, kde by malo byť plus, sa vytvorí mínus a bunka nemôže normálne fungovať. Ale rakovinové bunky nepotrebujú ani kyslík, ani zásadité prostredie – sú schopné využívať anaeróbny typ výživy. Preto v podmienkach nedostatku kyslíka a mimo škálových hodnôt pH zdravé bunky mutujú, chcú sa prispôsobiť prostrediu a stávajú sa rakovinovými bunkami. Takto človek dostane rakovinu. Aby ste tomu zabránili, stačí piť dostatok čistej vody denne a vzdať sa karcinogénov v potravinách. Ľudia si však spravidla dobre uvedomujú škodlivé produkty a potrebu vysokokvalitnej vody a nerobia nič - dúfajú, že ich problémy obídu.

Keďže lekári poznajú vlastnosti štruktúry a funkcií bunkových membrán rôznych buniek, môžu tieto informácie použiť na poskytnutie cielených, cielených terapeutických účinkov na telo. Mnohé moderné lieky, ktoré sa dostávajú do nášho tela, hľadajú ten správny „cieľ“, ktorým môžu byť iónové kanály, enzýmy, receptory a biomarkery bunkových membrán. Tento spôsob liečby umožňuje dosiahnuť lepšie výsledky s minimálnymi vedľajšími účinkami.

Antibiotiká najnovšej generácie po uvoľnení do krvi nezabíjajú všetky bunky za sebou, ale hľadajú presne bunky patogénu so zameraním na markery v jeho bunkových membránach. Najnovšie lieky proti migréne, triptány, len sťahujú zapálené cievy v mozgu, takmer bez účinku na srdce a periférny obehový systém. A potrebné cievy rozpoznávajú práve podľa bielkovín svojich bunkových membrán. Existuje mnoho takýchto príkladov, takže môžeme s istotou povedať, že poznatky o štruktúre a funkciách bunkových membrán sú základom rozvoja modernej lekárskej vedy a každoročne zachraňujú milióny životov.

vzdelanie: Moskovský lekársky inštitút. I. M. Sechenov, odbor - "Medicína" v roku 1991, v roku 1993 "choroby z povolania", v roku 1996 "Terapia".

Bunková membrána je štruktúra, ktorá pokrýva vonkajšiu časť bunky. Nazýva sa tiež cytolema alebo plazmolema.

Táto formácia je postavená z bilipidovej vrstvy (dvojvrstvy) s proteínmi zabudovanými v nej. Sacharidy, ktoré tvoria plazmalemu, sú vo viazanom stave.

Rozdelenie hlavných zložiek plazmalemy je nasledovné: viac ako polovica chemického zloženia pripadá na bielkoviny, štvrtina je obsadená fosfolipidmi a desatina je cholesterol.

Bunková membrána a jej typy

Bunková membrána je tenký film, ktorý je založený na vrstvách lipoproteínov a proteínov.

Podľa lokalizácie sa rozlišujú membránové organely, ktoré majú niektoré znaky v rastlinných a živočíšnych bunkách:

• mitochondrie;
• jadro;
• endoplazmatické retikulum;
• Golgiho komplex;
• lyzozómy;
• chloroplasty (v rastlinných bunkách).

Existuje aj vnútorná a vonkajšia (plazmolema) bunková membrána.

Štruktúra bunkovej membrány

Bunková membrána obsahuje sacharidy, ktoré ju pokrývajú vo forme glykokalyx. Ide o supramembránovú štruktúru, ktorá plní bariérovú funkciu. Proteíny, ktoré sa tu nachádzajú, sú vo voľnom stave. Neviazané proteíny sa zúčastňujú enzymatických reakcií, ktoré zabezpečujú extracelulárny rozklad látok.

Proteíny cytoplazmatickej membrány sú reprezentované glykoproteínmi. Podľa chemického zloženia sa izolujú proteíny, ktoré sú úplne zahrnuté v lipidovej vrstve (v celom rozsahu) - integrálne proteíny. Tiež periférne, nedosahujúce jeden z povrchov plazmalemy.

Prvé fungujú ako receptory, viažu sa na neurotransmitery, hormóny a iné látky. Inzerčné proteíny sú nevyhnutné pre konštrukciu iónových kanálov, cez ktoré sú transportované ióny a hydrofilné substráty. Posledne menované sú enzýmy, ktoré katalyzujú intracelulárne reakcie.

Základné vlastnosti plazmatickej membrány

Lipidová dvojvrstva zabraňuje prenikaniu vody. Lipidy sú hydrofóbne zlúčeniny prítomné v bunke ako fosfolipidy. Fosfátová skupina je obrátená smerom von a pozostáva z dvoch vrstiev: vonkajšej, smerujúcej do extracelulárneho prostredia, a vnútornej, ohraničujúcej vnútrobunkový obsah.

Oblasti rozpustné vo vode sa nazývajú hydrofilné hlavy. Miesta mastných kyselín sú nasmerované dovnútra bunky vo forme hydrofóbnych chvostov. Hydrofóbna časť interaguje so susednými lipidmi, čo zabezpečuje ich vzájomné spojenie. Dvojitá vrstva má selektívnu priepustnosť v rôznych oblastiach.

Takže v strede je membrána nepriepustná pre glukózu a močovinu, hydrofóbne látky tu voľne prechádzajú: oxid uhličitý, kyslík, alkohol. Dôležitý je cholesterol, jeho obsah určuje viskozitu plazmatickej membrány.

Funkcie vonkajšej membrány bunky

Charakteristiky funkcií sú stručne uvedené v tabuľke:

Funkcia membrány	Popis
bariérová rola	Plazmalema plní ochrannú funkciu, chráni obsah bunky pred účinkami cudzích látok. Vďaka špeciálnej organizácii bielkovín, lipidov, sacharidov je zabezpečená polopriepustnosť plazmatickej membrány.
Funkcia receptora	Prostredníctvom bunkovej membrány sa aktivujú biologicky aktívne látky v procese väzby na receptory. Imunitné reakcie sú teda sprostredkované rozpoznávaním cudzích látok receptorovým aparátom buniek lokalizovaných na bunkovej membráne.
dopravná funkcia	Prítomnosť pórov v plazmaleme umožňuje regulovať tok látok do bunky. Proces prenosu prebieha pasívne (bez spotreby energie) pre zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou. Aktívny prenos je spojený s výdajom energie uvoľnenej pri rozklade adenozíntrifosfátu (ATP). Táto metóda sa používa na prenos organických zlúčenín.
Účasť na procesoch trávenia	Látky sa ukladajú na bunkovú membránu (sorpcia). Receptory sa viažu na substrát a posúvajú ho vo vnútri bunky. Vytvorí sa vezikula, ktorá voľne leží vo vnútri bunky. Zlúčením takéto vezikuly tvoria lyzozómy s hydrolytickými enzýmami.
Enzymatická funkcia	Enzýmy, nevyhnutné zložky vnútrobunkového trávenia. Reakcie vyžadujúce účasť katalyzátorov prebiehajú za účasti enzýmov.

Aký význam má bunková membrána

Bunková membrána sa podieľa na udržiavaní homeostázy vďaka vysokej selektivite látok vstupujúcich a opúšťajúcich bunku (v biológii sa to nazýva selektívna permeabilita).

Výrastky plazmolemy rozdeľujú bunku na kompartmenty (kompartmenty) zodpovedné za vykonávanie určitých funkcií. Špecificky usporiadané membrány, zodpovedajúce schéme tekutina-mozaika, zabezpečujú integritu bunky.

Membrána je hyperjemná štruktúra, ktorá tvorí povrch organel a bunky ako celku. Všetky membrány majú podobnú štruktúru a sú spojené v jednom systéme.

Chemické zloženie

Bunkové membrány sú chemicky homogénne a pozostávajú z proteínov a lipidov rôznych skupín:

• fosfolipidy;
• galaktolipidy;
• sulfolipidy.

Obsahujú tiež nukleové kyseliny, polysacharidy a ďalšie látky.

Fyzikálne vlastnosti

Pri normálnej teplote sú membrány v kvapalno-kryštalickom stave a neustále kolíšu. Ich viskozita je blízka viskozite rastlinného oleja.

Membrána je regenerovateľná, pevná, elastická a má póry. Hrúbka membrán je 7 - 14 nm.

TOP 4 článkyktorí čítajú spolu s týmto

Pre veľké molekuly je membrána nepriepustná. Malé molekuly a ióny môžu prechádzať cez póry a samotnú membránu vplyvom rozdielu koncentrácií na rôznych stranách membrány, ako aj pomocou transportných proteínov.

Model

Štruktúra membrán sa zvyčajne popisuje pomocou modelu tekutej mozaiky. Membrána má rám - dva rady lipidových molekúl, tesne, ako tehly, vedľa seba.

Ryža. 1. Biologická membrána sendvičového typu.

Na oboch stranách je povrch lipidov pokrytý proteínmi. Mozaikový vzor tvoria molekuly bielkovín nerovnomerne rozmiestnené na povrchu membrány.

Podľa stupňa ponorenia do bilipidovej vrstvy sa molekuly bielkovín delia na tri skupiny:

• transmembránové;
• ponorený;
• povrchný.

Proteíny poskytujú hlavnú vlastnosť membrány - jej selektívnu priepustnosť pre rôzne látky.

Typy membrán

Všetky bunkové membrány podľa lokalizácie možno rozdeliť na nasledujúce typy:

• vonkajšie;
• jadrové;
• organelové membrány.

Vonkajšia cytoplazmatická membrána alebo plazmolema je hranicou bunky. V spojení s prvkami cytoskeletu si zachováva svoj tvar a veľkosť.

Ryža. 2. Cytoskelet.

Jadrová membrána alebo karyolema je hranicou jadrového obsahu. Skladá sa z dvoch membrán, veľmi podobných tej vonkajšej. Vonkajšia membrána jadra je spojená s membránami endoplazmatického retikula (ER) a cez póry s vnútornou membránou.

Membrány EPS prenikajú celou cytoplazmou a vytvárajú povrchy, na ktorých sa syntetizujú rôzne látky vrátane membránových proteínov.

Organoidné membrány

Väčšina organel má membránovú štruktúru.

Steny sú postavené z jednej membrány:

• Golgiho komplex;
• vakuoly;
• lyzozómy.

Plastidy a mitochondrie sú postavené z dvoch vrstiev membrán. Ich vonkajšia membrána je hladká a vnútorná tvorí veľa záhybov.

Vlastnosti fotosyntetických membrán chloroplastov sú vložené molekuly chlorofylu.

Živočíšne bunky majú na povrchu vonkajšej membrány sacharidovú vrstvu nazývanú glykokalyx.

Ryža. 3. Glykokalyx.

Glykokalyx je najviac rozvinutý v bunkách črevného epitelu, kde vytvára podmienky na trávenie a chráni plazmolemu.

Tabuľka "Štruktúra bunkovej membrány"

Čo sme sa naučili?

Skúmali sme štruktúru a funkcie bunkovej membrány. Membrána je selektívna (selektívna) bariéra bunky, jadra a organel. Štruktúra bunkovej membrány je opísaná modelom fluidnej mozaiky. Podľa tohto modelu sú proteínové molekuly vložené do dvojitej vrstvy viskóznych lipidov.

Tématický kvíz

Hodnotenie správy

Priemerné hodnotenie: 4.5. Celkový počet získaných hodnotení: 270.

1 - polárna hlava molekuly fosfolipidu

2 - chvost mastnej kyseliny molekuly fosfolipidu

3 - integrálny proteín

4 - periférny proteín

5 - semi-integrálny proteín

6 - glykoproteín

7 - glykolipid

Vonkajšia bunková membrána je vlastná všetkým bunkám (živočíchom a rastlinám), má hrúbku približne 7,5 (až 10) nm a pozostáva z molekúl lipidov a proteínov.

V súčasnosti je rozšírený fluidno-mozaikový model konštrukcie bunkovej membrány. Podľa tohto modelu sú molekuly lipidov usporiadané v dvoch vrstvách, pričom ich vodoodpudivé konce (hydrofóbne - rozpustné v tukoch) smerujú k sebe a vodorozpustné (hydrofilné) - na periférii. Proteínové molekuly sú uložené v lipidovej vrstve. Niektoré z nich sa nachádzajú na vonkajšom alebo vnútornom povrchu lipidovej časti, iné sú čiastočne ponorené alebo prenikajú membránou skrz naskrz.

Membránové funkcie :

Ochranné, hraničné, bariérové;

Doprava;

Receptor - sa uskutočňuje na úkor proteínov - receptorov, ktoré majú selektívnu schopnosť pre určité látky (hormóny, antigény atď.), Vstupujú s nimi do chemických interakcií, vedú signály vo vnútri bunky;

Podieľať sa na vytváraní medzibunkových kontaktov;

Zabezpečujú pohyb niektorých buniek (améboidný pohyb).

Živočíšne bunky majú na vonkajšej bunkovej membráne tenkú vrstvu glykokalyxu. Ide o komplex sacharidov s lipidmi a sacharidov s bielkovinami. Glykokalyx sa podieľa na medzibunkových interakciách. Cytoplazmatické membrány väčšiny bunkových organel majú presne rovnakú štruktúru.

V rastlinných bunkách mimo cytoplazmatickej membrány. bunková stena je tvorená celulózou.

Transport látok cez cytoplazmatickú membránu .

Existujú dva hlavné mechanizmy vstupu látok do bunky alebo z bunky von:

1. Pasívna doprava.

2. Aktívna doprava.

Pasívny transport látok prebieha bez výdaja energie. Príkladom takéhoto transportu je difúzia a osmóza, pri ktorej sa pohyb molekúl alebo iónov uskutočňuje z oblasti s vysokou koncentráciou do oblasti s nižšou koncentráciou, napríklad molekúl vody.

Aktívny transport – pri tomto type transportu molekuly alebo ióny prenikajú membránou proti koncentračnému gradientu, čo si vyžaduje energiu. Príkladom aktívneho transportu je sodíkovo-draslíková pumpa, ktorá aktívne odčerpáva sodík z bunky a absorbuje draselné ióny z vonkajšieho prostredia, čím ich prenáša do bunky. Pumpa je špeciálny membránový proteín, ktorý ju uvádza do pohybu s ATP.

Aktívny transport udržuje konštantný objem bunky a membránový potenciál.

Látky môžu byť transportované endocytózou a exocytózou.

Endocytóza – prenikanie látok do bunky, exocytóza – von z bunky.

Počas endocytózy plazmatická membrána vytvára invagináciu alebo výrastky, ktoré potom obalia substanciu a po šnurovaní sa premenia na vezikuly.

Existujú dva typy endocytózy:

1) fagocytóza - absorpcia pevných častíc (fagocytových buniek),

2) pinocytóza - absorpcia tekutého materiálu. Pinocytóza je charakteristická pre améboidné prvoky.

Exocytózou sa z buniek odstraňujú rôzne látky: z tráviacich vakuol sa odstraňujú nestrávené zvyšky potravy, zo sekrečných buniek sa odstraňuje ich tekuté tajomstvo.

Cytoplazma -(cytoplazma + jadro tvoria protoplazmu). Cytoplazma pozostáva z vodnej mletej látky (cytoplazmatická matrica, hyaloplazma, cytosol) a rôznych organel a inklúzií v nej.

Inklúzie – bunkové odpadové produkty. Existujú 3 skupiny inklúzií - trofické, sekrečné (bunky žľazy) a špeciálne (pigmentové) hodnoty.

Organely - Ide o trvalé štruktúry cytoplazmy, ktoré v bunke vykonávajú určité funkcie.

Prideľte organely všeobecného významu a špeciálne. Špeciálne sa nachádzajú vo väčšine buniek, ale vo významnom počte sú prítomné iba v bunkách, ktoré vykonávajú špecifickú funkciu. Patria sem mikroklky črevných epitelových buniek, riasinky epitelu priedušnice a priedušiek, bičíky, myofibrily (zabezpečujúce svalovú kontrakciu atď.).

Organely všeobecného významu zahŕňajú EPS, Golgiho komplex, mitochondrie, ribozómy, lyzozómy, centrioly bunkového centra, peroxizómy, mikrotubuly, mikrofilamenty. Rastlinné bunky obsahujú plastidy a vakuoly. Organely všeobecného významu možno rozdeliť na organely s membránovou a nemembránovou štruktúrou.

Organely s membránovou štruktúrou sú dvojmembránové a jednomembránové. Medzi dvojmembránové bunky patria mitochondrie a plastidy. Na jednomembránové - endoplazmatické retikulum, Golgiho komplex, lyzozómy, peroxizómy, vakuoly.

Bezmembránové organely: ribozómy, bunkové centrum, mikrotubuly, mikrofilamenty.

Mitochondrie – Sú to okrúhle alebo oválne organely. Pozostávajú z dvoch membrán: vnútornej a vonkajšej. Vnútorná membrána má výrastky – cristae, ktoré rozdeľujú mitochondrie na kompartmenty. Priehradky sú vyplnené látkou - matricou. Matrica obsahuje DNA, mRNA, tRNA, ribozómy, vápenaté a horečnaté soli. Tu prebieha biosyntéza bielkovín. Hlavnou funkciou mitochondrií je syntéza energie a jej akumulácia v molekulách ATP. Nové mitochondrie vznikajú v bunke v dôsledku delenia starých.

plastidy – organely nachádzajúce sa prevažne v rastlinných bunkách. Sú troch typov: chloroplasty obsahujúce zelený pigment; chromoplasty (pigmenty červenej, žltej, oranžovej farby); leukoplasty (bezfarebné).

Chloroplasty, vďaka zelenému pigmentu chlorofylu, dokážu pomocou energie slnka syntetizovať organické látky z anorganických.

Chromoplasty dodávajú kvetom a plodom jasné farby.

Leukoplasty sú schopné akumulovať rezervné živiny: škrob, lipidy, bielkoviny atď.

Endoplazmatické retikulum ( EPS ) je komplexný systém vakuol a kanálov, ktoré sú obmedzené membránami. Existujú hladké (agranulárne) a drsné (granulované) EPS. Smooth nemá na svojej membráne žiadne ribozómy. Obsahuje syntézu lipidov, lipoproteínov, akumuláciu a odstraňovanie toxických látok z bunky. Granulovaný EPS má na membránach ribozómy, v ktorých sa syntetizujú proteíny. Potom proteíny vstupujú do Golgiho komplexu a odtiaľ von.

Golgiho komplex (Golgiho aparát) je stoh sploštených membránových vakov - cisterien a s nimi spojený systém bublín. Stoh cisterien sa nazýva diktyozóm.

Funkcie Golgiho komplexu : modifikácia proteínov, syntéza polysacharidov, transport látok, tvorba bunkovej membrány, tvorba lyzozómov.

lyzozómy – sú membránovo viazané vezikuly obsahujúce enzýmy. Vykonávajú intracelulárne štiepenie látok a delia sa na primárne a sekundárne. Primárne lyzozómy obsahujú enzýmy v neaktívnej forme. Po vstupe do organel rôznych látok sa aktivujú enzýmy a začína sa proces trávenia - ide o sekundárne lyzozómy.

Peroxizómy majú vzhľad bublín ohraničených jednou membránou. Obsahujú enzýmy, ktoré rozkladajú peroxid vodíka, ktorý je toxický pre bunky.

Vacuoly – Sú to organely rastlinných buniek, ktoré obsahujú bunkovú šťavu. Bunková šťava môže obsahovať náhradné živiny, pigmenty a odpadové produkty. Vakuoly sa podieľajú na tvorbe turgorového tlaku, na regulácii metabolizmu voda-soľ.

Ribozómy – organely tvorené veľkými a malými podjednotkami. Môžu byť lokalizované buď na ER, alebo umiestnené voľne v bunke, pričom tvoria polyzómy. Skladajú sa z rRNA a proteínu a sú produkované v jadierku. Syntéza bielkovín prebieha v ribozómoch.

Cell Center – nachádza sa v bunkách zvierat, húb, nižších rastlín a chýba vo vyšších rastlinách. Skladá sa z dvoch centriolov a žiarivej gule. Centriol má tvar dutého valca, ktorého stenu tvorí 9 trojíc mikrotubulov. Bunky pri delení vytvárajú vlákna mitotického vretienka, ktoré zabezpečujú divergenciu chromatíd v anafáze mitózy a homológnych chromozómov pri meióze.

mikrotubuly – rúrkovité útvary rôznych dĺžok. Sú súčasťou centrioly, mitotického vretienka, bičíkov, mihalníc, plnia podpornú funkciu, podporujú pohyb vnútrobunkových štruktúr.

Mikrovlákna – filamentózne tenké útvary nachádzajúce sa v celej cytoplazme, no najmä pod bunkovou membránou je ich veľa. Spolu s mikrotubulmi tvoria cytoskelet bunky, určujú tok cytoplazmy, intracelulárne pohyby vezikúl, chloroplastov a iných organel.

vývoj buniek

V bunkovej evolúcii existujú dve fázy:

1.Chemický.

2. Biologické.

Chemická fáza začala asi pred 4,5 miliardami rokov. Pôsobením ultrafialového žiarenia vznikali žiarenie, výboje blesku (zdroje energie), najskôr jednoduché chemické zlúčeniny - monoméry a potom zložitejšie - polyméry a ich komplexy (sacharidy, lipidy, proteíny, nukleové kyseliny).

Biologické štádium tvorby buniek začína objavením sa probiontov - samostatných komplexných systémov schopných samoreprodukcie, samoregulácie a prirodzeného výberu. Probionty sa objavili pred 3-3,8 miliardami rokov. Prvé prokaryotické bunky, baktérie, vznikli z probiontov. Eukaryotické bunky sa vyvinuli z prokaryotov (pred 1-1,4 miliardami rokov) dvoma spôsobmi:

1) Symbiózou viacerých prokaryotických buniek – ide o symbiotickú hypotézu;

2) Invagináciou bunkovej membrány. Podstatou hypotézy invaginácie je, že prokaryotická bunka obsahovala niekoľko genómov pripojených k bunkovej membráne. Potom nastala invaginácia - invaginácia, oddelenie bunkovej membrány a tieto genómy sa zmenili na mitochondrie, chloroplasty a jadro.

Bunková diferenciácia a špecializácia .

Diferenciácia je tvorba rôznych typov buniek a tkanív počas vývoja mnohobunkového organizmu. Jedna hypotéza súvisí s diferenciáciou s génovou expresiou počas individuálneho vývoja. Expresia je proces premeny určitých génov na prácu, ktorá vytvára podmienky pre riadenú syntézu látok. Preto dochádza k rozvoju a špecializácii tkanív jedným alebo druhým smerom.

Podobné informácie.