Membraanide funktsioonid. Rakumembraan: selle struktuur ja funktsioonid

Bioloogia haru, mida nimetatakse tsütoloogiaks, uurib organismide, aga ka taimede, loomade ja inimeste ehitust. Teadlased on leidnud, et selle sees asuva raku sisu on ehitatud üsna keeruliselt. Seda ümbritseb nn pinnaaparaat, mis hõlmab raku välismembraani, membraaniüleseid struktuure: glükokalüks ja ka selle submembraanikompleksi moodustavad mikrofilamendid, peliikulid ja mikrotuubulid.

Selles artiklis uurime pinnaaparaadis oleva välise rakumembraani struktuuri ja funktsioone erinevat tüüpi rakud.

Milliseid funktsioone täidab raku välimine membraan?

Nagu varem kirjeldatud, on välimine membraan iga raku pinnaaparaadi osa, mis eraldab edukalt selle sisemise sisu ja kaitseb raku organelle ebasoodsate keskkonnatingimuste eest. Teiseks funktsiooniks on tagada ainevahetus rakusisu ja koevedeliku vahel, seega transpordib raku välimine membraan tsütoplasmasse sisenevaid molekule ja ioone ning aitab ka jääkaineid ja liigseid mürgiseid aineid rakust eemaldada.

Rakumembraani struktuur

Membraanid või plasmamembraanid erinevat tüüpi rakud on üksteisest väga erinevad. Peamiselt keemiline struktuur, samuti neis sisalduvate lipiidide, glükoproteiinide, valkude suhteline sisaldus ja vastavalt ka neis paiknevate retseptorite olemus. Välised, mis määratakse peamiselt individuaalne koostis glükoproteiinid, osaleb keskkonna stiimulite äratundmises ja raku enda reaktsioonides nende tegevusele. Teatud tüüpi viirused võivad interakteeruda rakumembraanide valkude ja glükolipiididega, mille tulemusena nad tungivad rakku. Herpes- ja gripiviiruseid saab kasutada nende kaitsva kesta ehitamiseks.

Ja viirused ja bakterid, nn bakteriofaagid, kinnituvad rakumembraanile ja lahustavad selle kokkupuutepunktis spetsiaalse ensüümi abil. Seejärel siseneb tekkinud auku viiruse DNA molekul.

Eukarüootide plasmamembraani struktuuri tunnused

Tuletagem meelde, et raku välimine membraan täidab transpordi funktsiooni, see tähendab ainete edasikandmist selles ja sealt välja väliskeskkonda. Sellise protsessi läbiviimiseks on vaja spetsiaalset struktuuri. Tõepoolest, plasmalemma on püsiv, universaalne pinnaaparatuuri süsteem. See on õhuke (2-10 Nm), kuid üsna tihe mitmekihiline kile, mis katab kogu raku. Selle struktuuri uurisid 1972. aastal sellised teadlased nagu D. Singer ja G. Nicholson ning nad lõid ka rakumembraani vedeliku-mosaiikmudeli.

Peamised seda moodustavad keemilised ühendid on valkude ja teatud fosfolipiidide järjestatud molekulid, mis on põimitud vedelasse lipiidkeskkonda ja meenutavad mosaiiki. Seega koosneb rakumembraan kahest lipiidikihist, mille mittepolaarsed hüdrofoobsed “sabad” asuvad membraani sees ning polaarsed hüdrofiilsed pead on suunatud raku tsütoplasma ja rakkudevahelise vedeliku poole.

Lipiidikihti tungivad läbi suured valgumolekulid, mis moodustavad hüdrofiilseid poore. Nende kaudu transporditakse vesilahused glükoos ja mineraalsoolad. Mõned valgumolekulid asuvad nii plasmalemma välis- kui ka sisepinnal. Seega on kõigi tuumadega organismide rakkude välisel rakumembraanil süsivesikute molekulid, mis on kovalentsete sidemetega seotud glükolipiidide ja glükoproteiinidega. Süsivesikute sisaldus rakumembraanides on vahemikus 2 kuni 10%.

Prokarüootsete organismide plasmalemma struktuur

Välimine rakumembraan täidab prokarüootidel sarnaseid funktsioone tuumaorganismide rakkude plasmamembraanidega, nimelt: väliskeskkonnast tuleva informatsiooni tajumine ja edastamine, ioonide ja lahuste transport rakku ja sealt välja, tsütoplasma kaitse võõrkehade eest. reaktiivid väljastpoolt. See võib moodustada mesosoome - struktuure, mis tekivad plasmamembraani rakku tungimisel. Need võivad sisaldada ensüüme, mis osalevad prokarüootide metaboolsetes reaktsioonides, näiteks DNA replikatsioonis ja valkude sünteesis.

Mesosoomid sisaldavad ka redoksensüüme ja fotosünteetikumid bakterioklorofülli (bakterites) ja fükobiliini (tsüanobakterites).

Välismembraanide roll rakkudevahelistes kontaktides

Jätkates vastust küsimusele, milliseid funktsioone raku välimine membraan täidab, peatume pikemalt selle rollil. Taimerakkudes tekivad raku välismembraani seintesse poorid, mis lähevad tselluloosikihti. Nende kaudu saab raku tsütoplasma väljuda väljapoole, selliseid õhukesi kanaleid nimetatakse plasmodesmaatideks.

Tänu neile on ühendus naabertaimerakkude vahel väga tugev. Inimese ja looma rakkudes nimetatakse külgnevate rakumembraanide kokkupuutepunkte desmosoomideks. Need on iseloomulikud endoteeli- ja epiteelirakkudele ning neid leidub ka kardiomüotsüütides.

Plasmalemma abimoodustised

Taimerakkude erinevust loomarakkudest aitab mõista nende plasmamembraanide struktuursete iseärasuste uurimine, mis sõltuvad raku välismembraani funktsioonidest. Loomarakkudes on selle kohal glükokalüksi kiht. Selle moodustavad polüsahhariidimolekulid, mis on seotud raku välismembraani valkude ja lipiididega. Tänu glükokalüksile toimub rakkude vahel adhesioon (kleepub kokku), mis viib kudede moodustumiseni, mistõttu osaleb plasmalemma signaalimisfunktsioonis - keskkonna stiimulite äratundmises.

Kuidas toimub teatud ainete passiivne transport läbi rakumembraanide?

Nagu varem mainitud, osaleb raku välimine membraan ainete transportimise protsessis raku ja väliskeskkonna vahel. Plasmalemma kaudu on kahte tüüpi transporti: passiivne (difusioon) ja aktiivne transport. Esimene hõlmab difusiooni, hõlbustatud difusiooni ja osmoosi. Ainete liikumine mööda kontsentratsioonigradienti sõltub ennekõike rakumembraani läbivate molekulide massist ja suurusest. Näiteks väikesed mittepolaarsed molekulid lahustuvad kergesti plasmalemma keskmises lipiidikihis, liiguvad sellest läbi ja satuvad tsütoplasmasse.

Suured molekulid orgaaniline aine tungivad spetsiaalsete kandevalkude abil tsütoplasmasse. Neil on liigispetsiifilisus ja nad kannavad osakese või iooniga ühenduses olles passiivselt üle membraani mööda kontsentratsioonigradienti ilma energiakuluta (passiivne transport). Sellel protsessil on plasmalemma selline omadus nagu selektiivne läbilaskvus. Protsessi käigus ATP molekulide energiat ei kasutata ning rakk säästab seda muudeks metaboolseteks reaktsioonideks.

Keemiliste ühendite aktiivne transport läbi plasmalemma

Kuna raku välimine membraan tagab molekulide ja ioonide ülekande väliskeskkonnast rakku ja tagasi, on võimalik eemaldada dissimilatsiooniproduktid, mis on toksiinid, väljastpoolt, see tähendab rakkudevahelisse vedelikku. toimub kontsentratsioonigradiendi vastu ja nõuab energia kasutamist ATP molekulide kujul. See hõlmab ka kandevalke, mida nimetatakse ATPaasideks, mis on samuti ensüümid.

Sellise transpordi näiteks on naatrium-kaaliumpump (naatriumiioonid liiguvad tsütoplasmast väliskeskkonda ja kaaliumiioonid pumbatakse tsütoplasmasse). Soole ja neerude epiteelirakud on selleks võimelised. Selle ülekandemeetodi variandid on pinotsütoosi ja fagotsütoosi protsessid. Seega, olles uurinud, milliseid funktsioone raku välimine membraan täidab, võib kindlaks teha, et heterotroofsed protistid, aga ka kõrgemate loomorganismide rakud, näiteks leukotsüüdid, on võimelised pino- ja fagotsütoosi protsessideks.

Bioelektrilised protsessid rakumembraanides

On kindlaks tehtud, et plasmamembraani välispinna (see on positiivselt laetud) ja tsütoplasma seinakihi vahel, mis on negatiivselt laetud, on potentsiaalide erinevus. Seda nimetati puhkepotentsiaaliks ja see on omane kõigile elusrakkudele. Ja närvikoel pole mitte ainult puhkepotentsiaali, vaid see on võimeline juhtima ka nõrku biovoolusid, mida nimetatakse ergastusprotsessiks. Närvirakkude-neuronite välismembraanid, mis saavad retseptorite ärritust, hakkavad muutma laenguid: naatriumioonid sisenevad massiliselt rakku ja plasmalemma pind muutub elektronegatiivseks. Ja tsütoplasma seinalähedane kiht saab katioonide liigse tõttu positiivse laengu. See seletab, miks neuroni välimine rakumembraan laetakse uuesti, mis põhjustab ergastusprotsessi aluseks olevate närviimpulsside juhtivuse.

Membraan on ülipeen struktuur, mis moodustab organellide ja raku kui terviku pinnad. Kõik membraanid on sarnase struktuuriga ja ühendatud ühte süsteemi.

Keemiline koostis

Rakumembraanid on keemiliselt homogeensed ja koosnevad erinevate rühmade valkudest ja lipiididest:

• fosfolipiidid;
• galaktolipiidid;
• sulfolipiidid.

Need sisaldavad ka nukleiinhappeid, polüsahhariide ja muid aineid.

Füüsikalised omadused

Normaalsetel temperatuuridel on membraanid vedelkristallilises olekus ja kõikuvad pidevalt. Nende viskoossus on lähedane taimeõli omale.

Membraan on taastav, vastupidav, elastne ja poorne. Membraani paksus on 7-14 nm.

TOP 4 artiklitkes sellega kaasa loevad

Membraan on suuri molekule mitteläbilaskev. Väikesed molekulid ja ioonid võivad läbida poore ja membraani ennast membraani eri külgede kontsentratsiooni erinevuste mõjul, aga ka transportvalkude abil.

Mudel

Tavaliselt kirjeldatakse membraanide struktuuri vedeliku mosaiikmudeli abil. Membraanil on raamistik - kaks rida lipiidimolekule, mis on tihedalt üksteise kõrval, nagu tellised.

Riis. 1. Bioloogiline membraan selline võileib.

Mõlemalt poolt on lipiidide pind kaetud valkudega. Mosaiikmustri moodustavad membraani pinnale ebaühtlaselt jaotunud valgumolekulid.

Vastavalt bilipiidkihti sukeldumise astmele jagunevad valgumolekulid kolm rühma:

• transmembraanne;
• vee all;
• pinnapealne.

Valgud annavad membraani peamise omaduse - selle selektiivse läbilaskvuse erinevatele ainetele.

Membraanide tüübid

Kõik rakumembraanid vastavalt lokaliseerimisele võib jagada järgmised tüübid:

• väline;
• tuumaenergia;
• organellide membraanid.

Väline tsüto plasmamembraan, ehk plasmalemma, on raku piir. Ühendades tsütoskeleti elementidega, säilitab see oma kuju ja suuruse.

Riis. 2. Tsütoskelett.

Tuumamembraan ehk karüolemma on tuuma sisu piir. See on valmistatud kahest membraanist, mis on väga sarnased välimise membraaniga. Tuuma välismembraan on seotud membraanidega endoplasmaatiline retikulum(EPS) ja läbi pooride sisemembraaniga.

ER membraanid tungivad läbi kogu tsütoplasma, moodustades pinnad, millel toimub erinevate ainete, sealhulgas membraanivalkude süntees.

Organellide membraanid

Enamikul organellidel on membraani struktuur.

Seinad on ehitatud ühest membraanist:

• Golgi kompleks;
• vakuoolid;
• lüsosoomid

Plastiidid ja mitokondrid on üles ehitatud kahest membraanikihist. Nende välimine membraan on sile ja sisemine moodustab palju volte.

Kloroplastide fotosünteetiliste membraanide omadused on sisseehitatud klorofülli molekulid.

Loomarakkude välismembraani pinnal on süsivesikute kiht, mida nimetatakse glükokalüksiks.

Riis. 3. Glükokalüks.

Glükokalüks on kõige enam arenenud sooleepiteeli rakkudes, kus see loob tingimused seedimiseks ja kaitseb plasmalemma.

Tabel "Rakumembraani struktuur"

Mida me õppisime?

Vaatasime rakumembraani struktuuri ja funktsioone. Membraan on raku, tuuma ja organellide selektiivne (selektiivne) barjäär. Rakumembraani struktuuri kirjeldab vedeliku mosaiikmudel. Selle mudeli järgi on valgumolekulid ehitatud viskoossete lipiidide kaksikkihti.

Test teemal

Aruande hindamine

Keskmine hinne: 4.5. Kokku saadud hinnanguid: 270.

Piiritlev ( barjäär) - eraldada raku sisu väliskeskkonnast;

Reguleerida raku ja keskkonna vahelist vahetust;

Nad jagavad rakud sektsioonideks või sektsioonideks, mis on ette nähtud teatud spetsiifiliste metaboolsete radade jaoks ( jagamine);

See on teatud keemiliste reaktsioonide koht (fotosünteesi kerged reaktsioonid kloroplastides, oksüdatiivne fosforüülimine hingamise ajal mitokondrites);

Pakkuda sidet mitmerakuliste organismide kudedes olevate rakkude vahel;

Transport- teostab transmembraanset transporti.

Retseptor- on retseptorite asukohad, mis tunnevad ära väliseid stiimuleid.

Ainete transport läbi membraani - üks membraani juhtivaid funktsioone, tagades ainete vahetuse raku ja väliskeskkonna vahel. Sõltuvalt ainete ülekande energiatarbimisest eristatakse neid:

passiivne transport või hõlbustatud difusioon;

aktiivne (selektiivne) transport ATP ja ensüümide osalusel.

transport membraanpakendis. On olemas endotsütoos (rakku) ja eksotsütoos (rakust välja) – mehhanismid, mis transpordivad suuri osakesi ja makromolekule läbi membraani. Endotsütoosi käigus moodustab plasmamembraan invaginatsiooni, selle servad ühinevad ja tsütoplasmasse vabaneb vesiikul. Vesiikul on tsütoplasmast piiratud ühe membraaniga, mis on osa välimisest tsütoplasmaatilisest membraanist. On fagotsütoos ja pinotsütoos. Fagotsütoos on suurte, üsna kõvade osakeste imendumine. Näiteks lümfotsüütide, algloomade jne fagotsütoos. Pinotsütoos on vedelikupiiskade hõivamine ja neelamine selles lahustunud ainetega.

Eksotsütoos on erinevate ainete eemaldamise protsess rakust. Eksotsütoosi ajal sulandub vesiikuli ehk vakuooli membraan välise tsütoplasmaatilise membraaniga. Vesiikuli sisu eemaldatakse väljaspool rakupinda ja membraan sisaldub välimises tsütoplasmaatilises membraanis.

Keskmiselt passiivne laenguta molekulide transport seisneb vesiniku ja laengute kontsentratsioonide erinevuses, s.o. elektrokeemiline gradient. Ained liiguvad kõrgema gradiendiga alalt madalama gradiendiga alale. Transpordi kiirus sõltub kallete erinevusest.

Lihtdifusioon on ainete transport otse läbi lipiidide kaksikkihi. Gaasidele iseloomulikud, mittepolaarsed või väikesed laenguta polaarsed molekulid, lahustuvad rasvades. Vesi tungib kiiresti kaksikkihti, sest selle molekul on väike ja elektriliselt neutraalne. Vee difusiooni läbi membraanide nimetatakse osmoosiks.

Difusioon läbi membraanikanalite on laetud molekulide ja ioonide (Na, K, Ca, Cl) transport, mis tungivad läbi membraani tänu spetsiaalsete kanaleid moodustavate valkude olemasolule, mis moodustavad veepoore.

Hõlbustatud difusioon on ainete transport spetsiaalsete transpordivalkude abil. Iga valk vastutab rangelt määratletud molekuli või seotud molekulide rühma eest, suhtleb sellega ja liigub läbi membraani. Näiteks suhkrud, aminohapped, nukleotiidid ja muud polaarsed molekulid.

Aktiivne transport mida teostavad kandevalgud (ATPaas) elektrokeemilise gradiendi vastu energiatarbimisega. Selle allikaks on ATP molekulid. Näiteks naatrium on kaaliumipump.

Kaaliumi kontsentratsioon rakus on palju suurem kui väljaspool seda ja naatriumi kontsentratsioon vastupidi. Seetõttu difundeeruvad kaalium- ja naatriumkatioonid passiivselt läbi membraani veepooride piki kontsentratsioonigradienti. Seda seletatakse asjaoluga, et membraani läbilaskvus kaaliumiioonide puhul on suurem kui naatriumioonide puhul. Sellest lähtuvalt difundeerub kaalium rakust kiiremini kui naatrium rakku. Rakkude normaalseks funktsioneerimiseks on aga vajalik teatud suhe 3 kaaliumi- ja 2 naatriumiooni. Seetõttu on membraanis naatrium-kaaliumpump, mis pumpab aktiivselt naatriumi rakust välja ja kaaliumi rakku. See pump on transmembraanne membraanivalk, mis on võimeline konformatsioonilisi ümberkorraldusi tegema. Seetõttu võib see enda külge siduda nii kaaliumi- kui ka naatriumioone (antiport). Protsess on energiamahukas:

KOOS sees membraanid, naatriumioonid ja ATP molekul sisenevad pumba valku ning kaaliumiioonid tulevad välismembraanilt.

Naatriumioonid ühinevad valgu molekuliga ja valk omandab ATPaasi aktiivsuse, st. võime põhjustada ATP hüdrolüüsi, millega kaasneb pumpa käitava energia vabanemine.

ATP hüdrolüüsi käigus vabanev fosfaat kinnitub valgu külge, s.o. fosforüülib valku.

Fosforüülimine põhjustab valgu konformatsioonilisi muutusi; see ei suuda naatriumioone säilitada. Nad vabanevad ja liiguvad rakust väljapoole.

Valgu uus konformatsioon soodustab kaaliumiioonide kinnitumist sellele.

Kaaliumiioonide lisamine põhjustab valgu defosforüülimist. See muudab uuesti oma konformatsiooni.

Valgu konformatsiooni muutus põhjustab kaaliumiioonide vabanemist rakus.

Valk on taas valmis naatriumioone enda külge kinnitama.

Ühe töötsükli jooksul pumpab pump rakust välja 3 naatriumiooni ja pumpab sisse 2 kaaliumiiooni.

Tsütoplasma – vajalik komponent rakk, mis on suletud raku pinnaaparaadi ja tuuma vahele. See on kompleksne heterogeenne struktuurikompleks, mis koosneb:

hüaloplasma

organellid (tsütoplasma püsivad komponendid)

inklusioonid on tsütoplasma ajutised komponendid.

Tsütoplasmaatiline maatriks(hüaloplasma) on raku sisemine sisu – värvitu, paks ja läbipaistev kolloidne lahus. Tsütoplasmaatilise maatriksi komponendid viivad rakus läbi biosünteesiprotsesse ja sisaldavad peamiselt anaeroobse glükolüüsi tõttu energia tootmiseks vajalikke ensüüme.

Tsütoplasmaatilise maatriksi põhiomadused.

Määrab raku kolloidsed omadused. Koos vakuolaarsüsteemi rakusiseste membraanidega võib seda pidada väga heterogeenseks või mitmefaasiliseks kolloidsüsteemiks.

Tagab tsütoplasma viskoossuse muutuse, ülemineku geelilt (paksemalt) soolile (vedelam), mis toimub väliste ja sisemiste tegurite mõjul.

Tagab tsüklosi, amööbide liikumise, rakkude jagunemise ja pigmendi liikumise kromatofoorides.

Määrab intratsellulaarsete komponentide asukoha polaarsuse.

Tagab rakkude mehaanilised omadused – elastsuse, ühinemisvõime, jäikuse.

Organellid– püsivad rakustruktuurid, mis tagavad raku spetsiifiliste funktsioonide täitmise. Sõltuvalt struktuuri omadustest eristatakse neid:

membraani organellid - omavad membraanistruktuuri. Need võivad olla ühemembraanilised (ER, Golgi aparaat, lüsosoomid, taimerakkude vakuoolid). Topeltmembraan (mitokondrid, plastiidid, tuum).

Mittemembraansed organellid - ei oma membraanistruktuuri (kromosoomid, ribosoomid, rakukeskus, tsütoskelett).

Üldotstarbelised organellid on iseloomulikud kõikidele rakkudele: tuum, mitokondrid, rakukeskus, Golgi aparaat, ribosoomid, EPS, lüsosoomid. Kui organellid on iseloomulikud teatud tüübid rakkudeks nimetatakse neid spetsiaalseteks organellideks (näiteks müofibrillid, mis tõmbavad lihaskiude kokku).

Endoplasmaatiline retikulum- ühtne pidev struktuur, mille membraan moodustab palju invaginatsioone ja volte, mis näevad välja nagu tuubulid, mikrovakuoolid ja suured tsisternid. ER-i membraanid on ühelt poolt ühendatud raku tsütoplasmaatilise membraaniga ja teiselt poolt tuumamembraani väliskestaga.

EPS-i on kahte tüüpi – kare ja sile.

Karedas või granuleeritud ER-s on tsisternid ja torukesed seotud ribosoomidega. on membraani välimine külg Siledal või agranulaarsel ER-l puudub seos ribosoomidega. See on membraani sisemine külg.

Elusorganismi põhiliseks struktuuriüksuseks on rakk, mis on rakumembraaniga ümbritsetud tsütoplasma diferentseeritud osa. Tulenevalt asjaolust, et rakk täidab paljusid olulisi funktsioone, nagu paljunemine, toitumine, liikumine, peab membraan olema plastiline ja tihe.

Rakumembraani avastamise ja uurimise ajalugu

1925. aastal viisid Grendel ja Gorder läbi eduka katse, et tuvastada punaste vereliblede "varjud" ehk tühjad membraanid. Vaatamata mitmele tõsisele veale avastasid teadlased lipiidide kaksikkihi. Nende tööd jätkasid Danielli, Dawson 1935. aastal ja Robertson 1960. aastal. Aastatepikkuse töö ja argumentide kuhjumise tulemusena lõid Singer ja Nicholson 1972. aastal membraanistruktuuri vedeliku-mosaiikmudeli. Edasised katsed ja uuringud kinnitasid teadlaste töid.

Tähendus

Mis on rakumembraan? Seda sõna hakati kasutama rohkem kui sada aastat tagasi; ladina keelest tõlgituna tähendab see "kile", "nahk". Nii määratakse rakupiir, mis on loomulik barjäär sisemise sisu ja väliskeskkonna vahel. Rakumembraani struktuur eeldab poolläbilaskvust, mille tõttu pääsevad sellest vabalt läbi niiskus ja toitained ning laguproduktid. Seda kesta võib nimetada rakuorganisatsiooni peamiseks struktuurikomponendiks.

Vaatleme rakumembraani põhifunktsioone

1. Eraldab raku sisemise sisu ja väliskeskkonna komponendid.

2. Aitab säilitada raku püsivat keemilist koostist.

3. Reguleerib õiget ainevahetust.

4. Tagab side rakkude vahel.

5. Tunneb ära signaalid.

6. Kaitsefunktsioon.

"Plasma kest"

Väline rakumembraan, mida nimetatakse ka plasmamembraaniks, on ultramikroskoopiline kile, mille paksus on viis kuni seitse nanomillimeetrit. See koosneb peamiselt valguühenditest, fosfoliididest ja veest. Kile on elastne, imab kergesti vett ja taastab pärast kahjustusi kiiresti oma terviklikkuse.

Sellel on universaalne struktuur. See membraan asub piiril, osaleb selektiivse läbilaskvuse protsessis, lagunemissaaduste eemaldamises ja sünteesib neid. Suhted naabritega ja usaldusväärne kaitse kahjustustest tingitud sisemine sisu muudab selle oluliseks komponendiks sellises küsimuses nagu raku struktuur. Loomorganismide rakumembraan on mõnikord kaetud õhukese kihiga - glükokalüksiga, mis sisaldab valke ja polüsahhariide. Taimerakke väljaspool membraani kaitseb rakusein, mis toimib toena ja hoiab kuju. Selle koostise põhikomponent on kiudaine (tselluloos) - polüsahhariid, mis ei lahustu vees.

Seega on raku välismembraanil parandamise, kaitse ja teiste rakkudega suhtlemise funktsioon.

Rakumembraani struktuur

Selle liikuva kesta paksus varieerub kuuest kuni kümne nanomillimeetrini. Raku rakumembraanil on eriline koostis, mille aluseks on lipiidide kaksikkiht. Vee suhtes inertsed hüdrofoobsed sabad asuvad seespool, samas kui hüdrofiilsed pead, mis suhtlevad veega, on suunatud väljapoole. Iga lipiid on fosfolipiid, mis on selliste ainete nagu glütserool ja sfingosiin koosmõju tulemus. Lipiidide raamistik on tihedalt ümbritsetud valkudega, mis paiknevad mittepideva kihina. Osa neist on sukeldatud lipiidikihti, ülejäänud läbivad seda. Selle tulemusena moodustuvad vett läbilaskvad alad. Nende valkude funktsioonid on erinevad. Mõned neist on ensüümid, ülejäänud on transportvalgud, mis kannavad erinevaid aineid väliskeskkonnast tsütoplasmasse ja tagasi.

Rakumembraan on läbi imbunud ja tihedalt ühendatud integraalsete valkudega ning ühendus perifeersete valkudega on nõrgem. Need valgud täidavad olulist funktsiooni, milleks on membraani struktuuri säilitamine, keskkonna signaalide vastuvõtmine ja muundamine, ainete transportimine ja membraanidel toimuvate reaktsioonide katalüüsimine.

Ühend

Rakumembraani aluseks on bimolekulaarne kiht. Tänu järjepidevusele on rakul barjääri ja mehaanilised omadused. Peal erinevad etapid selle kaksikkihi elutähtis tegevus võib olla häiritud. Selle tulemusena tekivad läbi hüdrofiilsete pooride struktuursed defektid. Sel juhul võivad sellise komponendi nagu rakumembraan absoluutselt kõik funktsioonid muutuda. Tuum võib kannatada välismõjude tõttu.

Omadused

Raku rakumembraanil on huvitavaid funktsioone. Tänu oma voolavusele ei ole see membraan jäik struktuur ning suurem osa selle moodustavatest valkudest ja lipiididest liigub vabalt membraani tasapinnal.

Üldiselt on rakumembraan asümmeetriline, mistõttu valgu- ja lipiidikihtide koostis on erinev. Loomarakkude plasmamembraanidel on nende välisküljel glükoproteiinikiht, mis täidab retseptori- ja signaalimisfunktsioone ning mängib samuti suurt rolli rakkude koeks ühendamise protsessis. Rakumembraan on polaarne, st välislaeng on positiivne ja sisemine laeng negatiivne. Lisaks kõigele ülaltoodule on rakumembraanil selektiivne ülevaade.

See tähendab, et lisaks veele lastakse rakku ainult teatud rühm molekule ja lahustunud ainete ioone. Sellise aine nagu naatriumi kontsentratsioon enamikus rakkudes on palju madalam kui väliskeskkonnas. Kaaliumioonide suhe on erinev: nende kogus rakus on palju suurem kui rakus keskkond. Sellega seoses kipuvad naatriumiioonid tungima läbi rakumembraani ja kaaliumiioonid kipuvad vabanema väljaspool. Sellistel asjaoludel membraan aktiveerub eriline süsteem, mis täidab ainete kontsentratsiooni tasandavat “pumpavat” rolli: naatriumioonid pumbatakse raku pinnale ja kaaliumiioonid pumbatakse sisse. See funktsioon kuulub rakumembraani kõige olulisemate funktsioonide hulka.

See naatriumi- ja kaaliumiioonide kalduvus liikuda pinnalt sissepoole mängib suurt rolli suhkru ja aminohapete transportimisel rakku. Naatriumioonide aktiivse eemaldamise käigus rakust loob membraan tingimused glükoosi ja aminohapete uueks sissevõtmiseks. Vastupidi, kaaliumiioonide rakku ülekandmise protsessis täiendatakse raku seest väliskeskkonda lagunemissaaduste "transporterite" arvu.

Kuidas toimub rakkude toitumine läbi rakumembraani?

Paljud rakud võtavad aineid selliste protsesside kaudu nagu fagotsütoos ja pinotsütoos. Esimese võimalusega paindlik välimine membraan tekib väike lohk, millesse kinnipüütud osake satub. Seejärel muutub süvendi läbimõõt suuremaks, kuni suletud osake siseneb raku tsütoplasmasse. Fagotsütoosi kaudu toidetakse mõned algloomad, näiteks amööbid, samuti vererakud - leukotsüüdid ja fagotsüüdid. Samamoodi imavad rakud vedelikku, mis sisaldab vajalikke toitaineid. Seda nähtust nimetatakse pinotsütoosiks.

Välismembraan on tihedalt seotud raku endoplasmaatilise retikulumiga.

Paljudel peamiste koekomponentide tüüpidel on membraani pinnal väljaulatuvad osad, voldid ja mikrovillid. Selle kesta välisküljel olevad taimerakud on kaetud teise, paksu ja mikroskoobi all selgelt nähtavaga. Kiud, millest need on valmistatud, aitavad toetada taimekudesid, näiteks puitu. Loomarakkudel on ka mitmeid väliseid struktuure, mis asuvad rakumembraani peal. Need on oma olemuselt eranditult kaitsvad, näiteks putukate siserakkudes sisalduv kitiin.

Lisaks rakumembraanile on olemas rakusisene membraan. Selle ülesanne on jagada rakk mitmeks spetsiaalseks suletud sektsiooniks – kambriteks ehk organellideks, kus tuleb säilitada teatud keskkond.

Seega on võimatu ülehinnata elusorganismi põhiüksuse sellise komponendi, nagu rakumembraan, rolli. Struktuur ja funktsioonid viitavad raku kogupinna olulisele laienemisele, paranemisele metaboolsed protsessid. See molekulaarstruktuur koosneb valkudest ja lipiididest. Eraldades raku väliskeskkonnast, tagab membraan selle terviklikkuse. Selle abiga hoitakse rakkudevahelisi ühendusi üsna tugeval tasemel, moodustades kudesid. Sellega seoses võime järeldada, et rakumembraanil on rakus üks tähtsamaid rolle. Selle struktuur ja funktsioonid erinevad erinevates rakkudes, sõltuvalt nende eesmärgist. Nende omaduste kaudu saavutatakse mitmesugused rakumembraanide füsioloogilised aktiivsused ja nende roll rakkude ja kudede olemasolus.

Rakumembraan- see on rakumembraan, mis täidab järgmisi funktsioone: raku sisu ja väliskeskkonna eraldamine, ainete selektiivne transport (vahetus rakuvälise keskkonnaga), mõne bio esinemiskoht keemilised reaktsioonid, rakkude ühendamine kudedesse ja vastuvõtt.

Rakumembraanid jagunevad plasmaks (rakusiseseks) ja väliseks. Mis tahes membraani peamine omadus on poolläbilaskvus, see tähendab võime läbida ainult teatud aineid. See võimaldab selektiivset vahetust raku ja väliskeskkonna vahel või vahetust raku sektsioonide vahel.

Plasmamembraanid on lipoproteiinide struktuurid. Lipiidid moodustavad spontaanselt kahekihi (topeltkihi) ja membraanivalgud "hõljuvad" selles. Membraanid sisaldavad mitut tuhat erinevat valku: struktuurseid, transportereid, ensüüme jne. Valgumolekulide vahel on poorid, millest läbivad hüdrofiilsed ained (lipiidne kaksikkiht takistab nende otsest tungimist rakku). Glükosüülrühmad (monosahhariidid ja polüsahhariidid) on kinnitunud membraani pinnale mõnele molekulile, mis osalevad koe moodustumise käigus rakkude äratundmise protsessis.

Membraanid on erineva paksusega, tavaliselt vahemikus 5 kuni 10 nm. Paksus määratakse amfifiilse lipiidimolekuli suuruse järgi ja see on 5,3 nm. Membraani paksuse edasine suurenemine on tingitud membraanivalgu komplekside suurusest. Sõltuvalt välistingimustest (regulaatoriks on kolesterool) võib kaksikkihi struktuur muutuda nii, et see muutub tihedamaks või vedelamaks – sellest sõltub ainete liikumise kiirus piki membraane.

Rakumembraanide hulka kuuluvad: plasmamembraan, karüolemma, endoplasmaatilise retikulumi membraanid, Golgi aparaat, lüsosoomid, peroksisoomid, mitokondrid, inklusioonid jne.

Lipiidid on vees lahustumatud (hüdrofoobsus), kuid lahustuvad orgaanilistes lahustites ja rasvades (lipofiilsus). Lipiidide koostis erinevates membraanides ei ole sama. Näiteks plasmamembraan sisaldab palju kolesterooli. Kõige levinumad lipiidid membraanis on fosfolipiidid (glütserofosfatiidid), sfingomüeliinid (sfingolipiidid), glükolipiidid ja kolesterool.

Fosfolipiidid, sfingomüeliinid, glükolipiidid koosnevad kahest funktsionaalsest erinevad osad: hüdrofoobne mittepolaarne, mis ei kanna laenguid - rasvhapetest koosnevad "sabad" ja hüdrofiilsed, mis sisaldavad laetud polaarseid "päid" - alkoholirühmi (näiteks glütserool).

Molekuli hüdrofoobne osa koosneb tavaliselt kahest rasvhappest. Üks hapetest on küllastunud ja teine ​​on küllastumata. See määrab lipiidide võime spontaanselt moodustada kahekihilisi (bilipiidseid) membraani struktuure. Membraani lipiidid täidavad järgmisi funktsioone: barjäär, transport, valgu mikrokeskkond, membraani elektritakistus.

Membraanid erinevad üksteisest oma valgumolekulide komplekti poolest. Paljud membraanivalgud koosnevad polaarsete (laengut kandvate) aminohapete poolest rikastest piirkondadest ja mittepolaarsete aminohapete (glütsiin, alaniin, valiin, leutsiin) piirkondadest. Sellised valgud membraanide lipiidikihtides paiknevad nii, et nende mittepolaarsed lõigud on justkui sukeldatud membraani rasvaosasse, kus asuvad lipiidide hüdrofoobsed lõigud. Nende valkude polaarne (hüdrofiilne) osa interakteerub lipiidipeadega ja on suunatud vesifaasi poole.

Bioloogilistel membraanidel on ühised omadused:

membraanid - suletud süsteemid, mis ei lase lahtri ja selle sektsioonide sisul seguneda. Membraani terviklikkuse rikkumine võib põhjustada rakusurma;

pindmine (tasapinnaline, külgmine) liikuvus. Membraanides toimub pidev ainete liikumine üle pinna;

membraani asümmeetria. Välis- ja pinnakihi struktuur on keemiliselt, struktuurselt ja funktsionaalselt heterogeenne.