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

Rakumembraani avastamise ja uurimise ajalugu

1925. aastal tegid Grendel ja Gorder eduka katse, et tuvastada erütrotsüütide "varjud" ehk tühjad kestad. Hoolimata mitmest tehtud jämedast veast avastasid teadlased lipiidide kaksikkihi. Nende tööd jätkasid Danielli, Dawson 1935. aastal, Robertson 1960. aastal. Paljude aastatepikkuse töö ja vaidluste kuhjumise tulemusena 1972. aastal lõi Singer ja Nicholson membraani struktuurist vedela 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". Seega määrake lahtri piir, mis on loomulik barjäär sisemise sisu ja väliskeskkonna vahel. Rakumembraani struktuur viitab poolläbilaskvusele, mille tõttu pääsevad sellest vabalt läbi niiskus ja toitained ning lagunemissaadused. Seda kesta võib nimetada raku organisatsiooni peamiseks struktuurikomponendiks.

Mõelge rakumembraani peamistele funktsioonidele

1. Eraldab raku sisemise sisu ja väliskeskkonna komponendid.

2. Aitab säilitada raku püsivat keemilist koostist.

3. Reguleerib õiget ainevahetust.

4. Tagab rakkudevahelise ühenduse.

5. Tunneb ära signaalid.

6. Kaitsefunktsioon.

"Plasma kest"

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

Erineb universaalse struktuuri poolest. See membraan hõivab piiripositsiooni, osaleb selektiivse läbilaskvuse protsessis, lagunemisproduktide eritumises, sünteesib neid. Suhe "naabritega" ja sisemise sisu usaldusväärne kaitse kahjustuste eest muudavad selle oluliseks komponendiks sellises küsimuses nagu raku struktuur. Loomorganismide rakumembraan on mõnikord kaetud kõige õhema 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 täidab välimine rakumembraan parandamise, kaitse ja teiste rakkudega suhtlemise funktsiooni.

Rakumembraani struktuur

Selle liikuva kesta paksus varieerub kuuest kuni kümne nanomeetrini. Raku rakumembraanil on eriline koostis, mille aluseks on lipiidide kaksikkiht. Vee suhtes inertsed hüdrofoobsed sabad asetatakse seestpoolt, samas kui hüdrofiilsed pead, mis suhtlevad veega, pööratakse väljapoole. Iga lipiid on fosfolipiid, mis on selliste ainete nagu glütserool ja sfingosiin koosmõju tulemus. Lipiidide karkass on tihedalt ümbritsetud valkudega, mis paiknevad mittepidevas kihis. Mõned neist on sukeldatud lipiidikihti, ülejäänud läbivad seda. Selle tulemusena moodustuvad vett läbilaskvad alad. Nende valkude funktsioonid on erinevad. Osa neist on ensüümid, ülejäänud transpordivalgud, mis kannavad erinevaid aineid väliskeskkonnast tsütoplasmasse ja vastupidi.

Rakumembraan on läbi imbunud ja tihedalt seotud integraalsete valkudega, samas kui 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 oma järjepidevusele on rakul barjäärid ja mehaanilised omadused. Erinevatel eluetappidel võib see kaksikkiht olla häiritud. Selle tulemusena tekivad läbi hüdrofiilsete pooride struktuursed defektid. Sel juhul võivad sellise komponendi, nagu rakumembraani, absoluutselt kõik funktsioonid muutuda. Sellisel juhul võib tuum välismõjude tõttu kannatada.

Omadused

Raku rakumembraanil on huvitavad omadused. Tänu oma voolavusele ei ole see kest jäik struktuur ning põhiosa selle koostist moodustavatest valkudest ja lipiididest liigub vabalt membraani tasapinnal.

Üldiselt on rakumembraan asümmeetriline, seega on valgu- ja lipiidikihtide koostis erinev. Loomarakkude plasmamembraanide välisküljel on glükoproteiinikiht, mis täidab retseptori- ja signaalifunktsioone ning mängib olulist rolli ka rakkude koeks ühendamise protsessis. Rakumembraan on polaarne, see tähendab, et laeng on väljastpoolt positiivne ja seest 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 puhul on iseloomulik erinev suhe: nende arv rakus on palju suurem kui keskkonnas. Sellega seoses kipuvad naatriumiioonid tungima läbi rakumembraani ja kaaliumiioonid kipuvad vabanema väljaspool. Sellistel asjaoludel aktiveerib membraan spetsiaalse süsteemi, mis täidab "pumpamise" rolli, ühtlustab ainete kontsentratsiooni: naatriumioonid pumbatakse välja raku pinnale ja kaaliumiioonid pumbatakse sissepoole. See omadus sisaldub rakumembraani kõige olulisemates funktsioonides.

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 sissevooluks. Vastupidi, kaaliumiioonide rakku ülekandmise protsessis täiendatakse raku seest väliskeskkonda lagunemissaaduste "transporterite" arvu.

Kuidas toimub raku toitmine läbi rakumembraani?

Paljud rakud võtavad aineid selliste protsesside kaudu nagu fagotsütoos ja pinotsütoos. Esimeses variandis luuakse painduva välismembraaniga väike süvend, milles kinnipüütud osake asub. Seejärel süvendi läbimõõt muutub suuremaks, kuni ümbritsetud osake siseneb raku tsütoplasmasse. Fagotsütoosi kaudu toidetakse mõned algloomad, näiteks amööb, aga ka vererakud - leukotsüüdid ja fagotsüüdid. Samamoodi imavad rakud vedelikku, mis sisaldab vajalikke toitaineid. Seda nähtust nimetatakse pinotsütoosiks.

Välismembraan on tihedalt seotud raku endoplasmaatilise retikulumiga.

Paljude koe põhikomponentide tüüpide puhul paiknevad 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 on putukate siserakkudes sisalduv kitiin.

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

Seega on elusorganismi põhiüksuse sellise komponendi kui rakumembraani rolli võimatu üle hinnata. Struktuur ja funktsioonid tähendavad raku kogupinna märkimisväärset laienemist, metaboolsete protsesside paranemist. See molekulaarstruktuur koosneb valkudest ja lipiididest. Eraldades raku väliskeskkonnast, tagab membraan selle terviklikkuse. Selle abiga hoitakse rakkudevahelised sidemed piisavalt tugeval tasemel, moodustades kudesid. Sellega seoses võime järeldada, et raku üks tähtsamaid rolle on rakumembraanil. Selle struktuur ja funktsioonid on erinevates rakkudes sõltuvalt nende eesmärgist radikaalselt erinevad. Nende omaduste kaudu saavutatakse rakumembraanide mitmekülgne füsioloogiline aktiivsus ja nende roll rakkude ja kudede olemasolus.

Valdav enamus Maal elavatest organismidest koosneb rakkudest, mis on oma keemilise koostise, struktuuri ja elutegevuse poolest suuresti sarnased. Igas rakus toimub ainevahetus ja energia muundamine. Rakkude jagunemine on organismide kasvu- ja paljunemisprotsesside aluseks. Seega on rakk organismide struktuuri, arengu ja paljunemise üksus.

Rakk saab eksisteerida ainult tervikliku süsteemina, mis on osadeks jagamatu. Rakkude terviklikkuse tagavad bioloogilised membraanid. Rakk on kõrgema järgu süsteemi element – ​​organism. Raku osad ja organellid, mis koosnevad keerukatest molekulidest, on madalama astme terviklikud süsteemid.

Rakk on avatud süsteem, mis on keskkonnaga seotud aine- ja energiavahetuse kaudu. See on funktsionaalne süsteem, milles iga molekul täidab teatud funktsioone. Rakul on stabiilsus, võime isereguleeruda ja ise paljuneda.

Rakk on isejuhtiv süsteem. Raku kontrollivat geneetilist süsteemi esindavad keerulised makromolekulid - nukleiinhapped (DNA ja RNA).

Aastatel 1838-1839. Saksa bioloogid M. Schleiden ja T. Schwann võtsid kokku teadmised rakust ja sõnastasid rakuteooria põhiseisukoha, mille põhiolemus seisneb selles, et kõik organismid, nii taimsed kui ka loomad, koosnevad rakkudest.

1859. aastal kirjeldas R. Virchow rakkude jagunemise protsessi ja sõnastas rakuteooria ühe olulisema sätte: "Iga rakk pärineb teisest rakust." Uued rakud tekivad emaraku jagunemise tulemusena, mitte mitterakulisest ainest, nagu varem arvati.

Vene teadlase K. Baeri avastus 1826. aastal imetajate munadest viis järeldusele, et rakk on mitmerakuliste organismide arengu aluseks.

Kaasaegne rakuteooria sisaldab järgmisi sätteid:

1) rakk on kõigi organismide ehitus- ja arenguüksus;

2) erinevatest eluslooduse kuningriikidest pärit organismide rakud on struktuurilt, keemiliselt koostiselt, ainevahetuselt ja elutegevuse peamistest ilmingutest sarnased;

3) emaraku jagunemise tulemusena tekivad uued rakud;

4) paljurakulises organismis moodustavad rakud kudesid;

5) Elundid koosnevad kudedest.

Kaasaegsete bioloogiliste, füüsikaliste ja keemiliste uurimismeetodite kasutuselevõtuga bioloogias on saanud võimalikuks uurida raku erinevate komponentide ehitust ja talitlust. Üks rakkude uurimise meetodeid on mikroskoopia. Kaasaegne valgusmikroskoop suurendab objekte 3000 korda ja võimaldab näha raku suurimaid organelle, jälgida tsütoplasma liikumist ja rakkude jagunemist.

Leiutatud 40ndatel. 20. sajandil Elektronmikroskoop annab suurenduse kümneid ja sadu tuhandeid kordi. Elektronmikroskoobis kasutatakse valguse asemel elektronide voogu ja läätsede asemel elektromagnetvälju. Seetõttu annab elektronmikroskoop selge pildi palju suuremate suurendustega. Sellise mikroskoobi abil oli võimalik uurida rakuorganellide ehitust.

Meetodi abil uuritakse rakuorganellide ehitust ja koostist tsentrifuugimine. Purustatud koed koos hävinud rakumembraanidega asetatakse katseklaasidesse ja pööratakse tsentrifuugis suurel kiirusel. Meetod põhineb sellel, et erinevatel rakuorganellidel on erinev mass ja tihedus. Tihedamad organellid ladestuvad katseklaasi madalatel tsentrifuugimiskiirustel, vähem tihedad - kõrgetel. Neid kihte uuritakse eraldi.

laialdaselt kasutatud raku- ja koekultuuri meetod, mis seisneb selles, et ühest või mitmest rakust erilisel toitainekeskkonnal saab kätte rühma sama tüüpi looma- või taimerakke ja kasvatada isegi terve taime. Seda meetodit kasutades saate vastuse küsimusele, kuidas ühest rakust moodustuvad erinevad keha kuded ja elundid.

Rakuteooria põhisätted sõnastasid esmakordselt M. Schleiden ja T. Schwann. Rakk on kõigi elusorganismide struktuuri, elu, paljunemise ja arengu üksus. Rakkude uurimiseks kasutatakse mikroskoopia, tsentrifuugimise, raku- ja koekultuuri jm meetodeid.

Seente, taimede ja loomade rakkudel on palju ühist mitte ainult keemilise koostise, vaid ka struktuuri poolest. Kui rakku mikroskoobi all uurida, on selles näha mitmesuguseid struktuure - organellid. Iga organell täidab teatud funktsioone. Rakus on kolm põhiosa: plasmamembraan, tuum ja tsütoplasma (joonis 1).

plasmamembraan eraldab raku ja selle sisu keskkonnast. Joonisel 2 näete: membraani moodustavad kaks lipiidide kihti ja valgumolekulid tungivad läbi membraani paksuse.

Plasmamembraani põhifunktsioon transport. See tagab raku varustamise toitainetega ja ainevahetusproduktide eemaldamise sellest.

Membraani oluline omadus on selektiivne läbilaskvus, ehk poolläbilaskvus, võimaldab rakul suhelda keskkonnaga: sinna sisenevad ja väljuvad ainult teatud ained. Väikesed vee ja mõnede muude ainete molekulid sisenevad rakku difusiooni teel, osaliselt läbi membraanis olevate pooride.

Tsütoplasmas lahustuvad suhkrud, orgaanilised happed, soolad, taimeraku vakuoolide rakumahl. Pealegi on nende kontsentratsioon rakus palju suurem kui keskkonnas. Mida suurem on nende ainete kontsentratsioon rakus, seda rohkem imab see vett. Teadaolevalt kulub rakule pidevalt vett, mille tõttu rakumahla kontsentratsioon tõuseb ja vesi satub uuesti rakku.

Suuremate molekulide (glükoos, aminohapped) sisenemise rakku tagavad membraani transportvalgud, mis transporditavate ainete molekulidega ühinedes viivad need läbi membraani. Selles protsessis osalevad ensüümid, mis lagundavad ATP-d.

Joonis 1. Eukarüootse raku ehituse üldistatud skeem.
(pildi suurendamiseks klõpsake pildil)

Joonis 2. Plasmamembraani struktuur.
1 - läbistavad oravad, 2 - vee all olevad oravad, 3 - välised oravad

Joonis 3. Pinotsütoosi ja fagotsütoosi skeem.

Isegi suuremad valkude ja polüsahhariidide molekulid sisenevad rakku fagotsütoosi teel (kreeka keelest. faagid- õgimine ja kitos- anum, rakk) ja vedelikutilgad - pinotsütoosi teel (kreeka keelest. pinot- juua ja kitos) (joonis 3).

Loomarakke ümbritseb erinevalt taimerakkudest pehme ja painduv "kasukas", mille moodustavad peamiselt polüsahhariidimolekulid, mis kinnitudes mõne membraanivalgu ja lipiidiga ümbritsevad rakku väljastpoolt. Polüsahhariidide koostis on erinevatele kudedele spetsiifiline, tänu millele rakud üksteist "ära tunnevad" ja ühendavad omavahel.

Taimerakkudel sellist "kasukast" pole. Neil on plasmamembraani kohal pooridega täidetud membraan. raku sein koosneb valdavalt tselluloosist. Tsütoplasma niidid ulatuvad läbi pooride rakust rakku, ühendades rakud üksteisega. Nii toimub rakkudevaheline ühendus ja saavutatakse keha terviklikkus.

Taimede rakumembraan täidab tugeva luustiku rolli ja kaitseb rakku kahjustuste eest.

Enamikul bakteritel ja kõigil seentel on rakumembraan, erinev on ainult selle keemiline koostis. Seentes koosneb see kitiinitaolisest ainest.

Sarnase ehitusega on seente, taimede ja loomade rakud. Rakus on kolm põhiosa: tuum, tsütoplasma ja plasmamembraan. Plasmamembraan koosneb lipiididest ja valkudest. See tagab ainete sisenemise rakku ja nende vabanemise rakust. Taimede, seente ja enamiku bakterite rakkudes on plasmamembraani kohal rakumembraan. See täidab kaitsefunktsiooni ja mängib skeleti rolli. Taimedel koosneb rakusein tselluloosist, seentel aga kitiinitaolisest ainest. Loomarakud on kaetud polüsahhariididega, mis tagavad kontakti sama koe rakkude vahel.

Kas tead, et suurem osa rakust on tsütoplasma. See koosneb veest, aminohapetest, valkudest, süsivesikutest, ATP-st, mitteorgaaniliste ainete ioonidest. Tsütoplasmas on raku tuum ja organellid. Selles liiguvad ained ühest rakuosast teise. Tsütoplasma tagab kõigi organellide interaktsiooni. Siin toimuvad keemilised reaktsioonid.

Kogu tsütoplasma on läbi imbunud õhukeste valgu mikrotuubulitega, moodustades raku tsütoskelett mille tõttu see säilitab oma püsiva kuju. Raku tsütoskelett on paindlik, kuna mikrotuubulid on võimelised oma asukohta muutma, ühest otsast liikuma ja teisest otsast lühenema. Rakku sisenevad mitmesugused ained. Mis juhtub nendega puuris?

Lüsosoomides – väikestes ümardatud membraanvesiikulites (vt joonis 1) jagatakse komplekssete orgaaniliste ainete molekulid hüdrolüütiliste ensüümide abil lihtsamateks molekulideks. Näiteks lagundatakse valgud aminohapeteks, polüsahhariidid monosahhariidideks, rasvad glütserooliks ja rasvhapeteks. Selle funktsiooni jaoks nimetatakse lüsosoome sageli raku "seedejaamadeks".

Kui lüsosoomide membraan hävib, suudavad neis sisalduvad ensüümid rakku ise seedida. Seetõttu nimetatakse mõnikord lüsosoome "raku tapmise vahenditeks".

Lüsosoomides moodustunud väikeste aminohapete, monosahhariidide, rasvhapete ja alkoholide molekulide ensümaatiline oksüdatsioon süsinikdioksiidiks ja veeks algab tsütoplasmas ja lõpeb teistes organellides - mitokondrid. Mitokondrid on vardakujulised, niitjad või sfäärilised organellid, mis on tsütoplasmast piiritletud kahe membraaniga (joonis 4). Välismembraan on sile, sisemine membraan aga moodustab voldid - cristae mis suurendavad selle pinda. Orgaaniliste ainete oksüdatsioonireaktsioonides süsihappegaasiks ja veeks osalevad ensüümid paiknevad sisemembraanil. Sel juhul vabaneb energia, mida rakk talletab ATP molekulides. Seetõttu nimetatakse mitokondreid raku "jõujaamadeks".

Rakus orgaanilised ained mitte ainult ei oksüdeeru, vaid ka sünteesitakse. Lipiidide ja süsivesikute süntees toimub endoplasmaatilisel retikulumil - EPS-il (joonis 5) ja valkude - ribosoomidel. Mis on EPS? See on tuubulite ja tsisternide süsteem, mille seinad moodustab membraan. Nad tungivad läbi kogu tsütoplasma. ER-kanalite kaudu liiguvad ained raku erinevatesse osadesse.

Seal on sujuv ja kare EPS. Süsivesikud ja lipiidid sünteesitakse sileda EPS pinnal ensüümide osalusel. EPS-i kareduse annavad sellel asuvad väikesed ümarad kehad - ribosoomid(vt joonis 1), mis osalevad valkude sünteesis.

Orgaaniliste ainete süntees toimub aastal plastiidid leidub ainult taimerakkudes.

Riis. 4. Mitokondrite ehituse skeem.
1.- välismembraan; 2.- sisemembraan; 3.- sisemembraani voldid - cristae.

Riis. 5. Jäme EPS-i struktuuri skeem.

Riis. 6. Kloroplasti ehituse skeem.
1.- välismembraan; 2.- sisemembraan; 3.- kloroplasti sisemine sisu; 4. - sisemise membraani voldid, mis on kogutud "virnadesse" ja moodustavad grana.

Värvitutes plastiidides - leukoplastid(kreeka keelest. leukoosid- valge ja plastos- loodud) tärklis koguneb. Kartulimugulad on leukoplastide poolest väga rikkad. Kollane, oranž, punane värv on antud puuviljadele ja lilledele kromoplastid(kreeka keelest. kroomitud- värv ja plastos). Nad sünteesivad fotosünteesis osalevaid pigmente, karotenoidid. Taimeelus on tähtsus kloroplastid(kreeka keelest. kloor- rohekas ja plastos) - rohelised plastiidid. Joonisel 6 on näha, et kloroplastid on kaetud kahe membraaniga: välimise ja sisemise membraaniga. Sisemine membraan moodustab voldid; voltide vahel on kuhjadesse laotud mullid - terad. Terad sisaldavad klorofülli molekule, mis osalevad fotosünteesis. Iga kloroplast sisaldab umbes 50 tera, mis on paigutatud ruudukujuliselt. Selline paigutus tagab iga tera maksimaalse valgustuse.

Tsütoplasmas võivad valgud, lipiidid, süsivesikud koguneda terade, kristallide, tilkade kujul. Need kaasamine- varu toitaineid, mida rakk vajadusel tarbib.

Taimerakkudes koguneb osa varutoitainetest, aga ka lagunemissaadustest vakuoolide rakumahlas (vt joonis 1). Need võivad moodustada kuni 90% taimeraku mahust. Loomarakkudel on ajutised vakuoolid, mis ei võta rohkem kui 5% nende mahust.

Riis. 7. Golgi kompleksi ehituse skeem.

Joonisel 7 näete membraaniga ümbritsetud õõnsuste süsteemi. seda golgi kompleks, mis täidab rakus erinevaid funktsioone: osaleb ainete kogunemises ja transpordis, nende eemaldamises rakust, lüsosoomide, rakumembraani moodustamisest. Näiteks Golgi kompleksi õõnsusse sisenevad tselluloosi molekulid, mis mullide abil liiguvad raku pinnale ja sisalduvad rakumembraanis.

Enamik rakke paljuneb jagunemise teel. See protsess hõlmab raku keskus. See koosneb kahest tsentrioolist, mida ümbritseb tihe tsütoplasma (vt joonis 1). Jagunemise alguses lahknevad tsentrioolid raku pooluste suunas. Nendest lahknevad valgufilamendid, mis on ühendatud kromosoomidega ja tagavad nende ühtlase jaotumise kahe tütarraku vahel.

Kõik raku organellid on omavahel tihedalt seotud. Näiteks valgumolekulid sünteesitakse ribosoomides, need transporditakse EPS-kanalite kaudu raku erinevatesse osadesse ja valgud hävivad lüsosoomides. Äsja sünteesitud molekule kasutatakse rakustruktuuride ehitamiseks või akumuleeruvad tsütoplasmas ja vakuoolides varutoitainetena.

Rakk on täidetud tsütoplasmaga. Tsütoplasmas on tuum ja erinevad organellid: lüsosoomid, mitokondrid, plastiidid, vakuoolid, ER, rakukeskus, Golgi kompleks. Need erinevad oma struktuuri ja funktsioonide poolest. Kõik tsütoplasma organellid suhtlevad üksteisega, tagades raku normaalse funktsioneerimise.

Tabel 1. RAKU STRUKTUUR

Kõige olulisem roll seente, taimede ja loomade elutegevuses ja rakkude jagunemisel on tuumal ja selles paiknevatel kromosoomidel. Enamikul nende organismide rakkudest on üks tuum, kuid leidub ka mitmetuumalisi rakke, näiteks lihasrakke. Tuum asub tsütoplasmas ja on ümmarguse või ovaalse kujuga. See on kaetud kahest membraanist koosneva kestaga. Tuumamembraanil on poorid, mille kaudu toimub ainete vahetus tuuma ja tsütoplasma vahel. Tuum on täidetud tuumamahlaga, milles paiknevad nukleoolid ja kromosoomid.

Nucleolid on ribosoomide "tootmise töötoad", mis moodustuvad tuumas moodustunud ribosomaalsest RNA-st ja tsütoplasmas sünteesitud valkudest.

Tuuma põhifunktsioon – päriliku teabe talletamine ja edastamine – on seotud kromosoomid. Igal organismitüübil on oma kromosoomide komplekt: teatud arv, kuju ja suurus.

Kõiki keharakke peale sugurakkude nimetatakse somaatiline(kreeka keelest. säga- keha). Sama liigi organismi rakud sisaldavad sama kromosoomikomplekti. Näiteks inimesel sisaldab iga keharakk 46 kromosoomi, äädikakärbsel Drosophila - 8 kromosoomi.

Somaatilistel rakkudel on tavaliselt kahekordne kromosoomide komplekt. Seda nimetatakse diploidne ja tähistatud numbriga 2 n. Seega on inimesel 23 paari kromosoome, see tähendab 2 n= 46. Sugurakud sisaldavad poole vähem kromosoome. Kas see on üksik või haploidne, komplekt. Isik 1 n = 23.

Kõik somaatiliste rakkude kromosoomid, erinevalt sugurakkude kromosoomidest, on paaris. Ühe paari moodustavad kromosoomid on üksteisega identsed. Paaritud kromosoome nimetatakse homoloogne. Nimetatakse kromosoome, mis kuuluvad erinevatesse paaridesse ning erinevad kuju ja suuruse poolest mittehomoloogsed(joonis 8).

Mõnel liigil võib kromosoomide arv olla sama. Näiteks punases ristikus ja hernes 2 n= 14. Nende kromosoomid erinevad aga kuju, suuruse, DNA molekulide nukleotiidse koostise poolest.

Riis. 8. Kromosoomide komplekt Drosophila rakkudes.

Riis. 9. Kromosoomi ehitus.

Et mõista kromosoomide rolli päriliku teabe edastamisel, on vaja tutvuda nende struktuuri ja keemilise koostisega.

Mittejaguneva raku kromosoomid näevad välja nagu pikad õhukesed niidid. Iga kromosoom enne rakkude jagunemist koosneb kahest identsest niidist - kromatiidid, mis on ühendatud ahenevate uimede vahel - (joon. 9).

Kromosoomid koosnevad DNA-st ja valkudest. Kuna DNA nukleotiidide koostis on liikide lõikes erinev, on kromosoomide koostis igal liigil ainulaadne.

Igal rakul, välja arvatud bakterirakud, on tuum, mis sisaldab nukleoole ja kromosoome. Iga liiki iseloomustab konkreetne kromosoomide komplekt: arv, kuju ja suurus. Enamiku organismide somaatilistes rakkudes on kromosoomide komplekt diploidne, sugurakkudes haploidne. Paaritud kromosoome nimetatakse homoloogseteks. Kromosoomid koosnevad DNA-st ja valkudest. DNA molekulid võimaldavad talletada ja edastada pärilikku teavet rakust rakku ja organismist organismi.

Kui olete need teemad läbi töötanud, peaksite olema võimeline:

1. Öelge, millistel juhtudel on vaja kasutada valgusmikroskoopi (struktuuri), ülekandeelektronmikroskoopi.
2. Kirjeldage rakumembraani ehitust ja selgitage seost membraani ehituse ja selle võime vahel viia läbi ainevahetust raku ja keskkonna vahel.
3. Määratlege protsessid: difusioon, hõlbustatud difusioon, aktiivne transport, endotsütoos, eksotsütoos ja osmoos. Tooge välja nende protsesside erinevused.
4. Nimetage struktuuride funktsioonid ja märkige, millistes rakkudes (taime-, looma- või prokarüootses) need asuvad: tuum, tuumamembraan, nukleoplasm, kromosoomid, plasmamembraan, ribosoom, mitokondrid, rakusein, kloroplast, vakuool, lüsosoom, sile endoplasmaatiline retikulum ( agranulaarne) ja töötlemata (granulaarne), rakukeskus, golgi aparaat, tsilium, flagellum, mesosoom, pili või fimbriae.
5. Nimeta vähemalt kolm märki, mille järgi saab taimerakku loomarakust eristada.
6. Loetlege peamised erinevused prokarüootsete ja eukarüootsete rakkude vahel.

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Üldbioloogia". Moskva, "Valgustus", 2000

• Teema 1. "Plasmamembraan." §1, §8 lk 5;20
• Teema 2. "Puur". §8-10 lk 20-30
• Teema 3. "Prokarüootne rakk. Viirused." §11 lk 31-34

Rakumembraanid: nende struktuur ja funktsioonid

Membraanid on äärmiselt viskoossed ja samal ajal plastilised struktuurid, mis ümbritsevad kõiki elusrakke. Rakumembraanide funktsioonid:

1. Plasmamembraan on barjäär, mis hoiab rakuvälise ja intratsellulaarse keskkonna erinevat koostist.

2. Membraanid moodustavad raku sees spetsiaalsed sektsioonid, st. arvukad organellid - mitokondrid, lüsosoomid, Golgi kompleks, endoplasmaatiline retikulum, tuumamembraanid.

3. Ensüümid, mis osalevad energia muundamises sellistes protsessides nagu oksüdatiivne fosforüülimine ja fotosüntees, paiknevad membraanides.

Membraani struktuur

1972. aastal pakkusid Singer ja Nicholson välja membraanistruktuuri vedelmosaiikmudeli. Selle mudeli järgi on funktsioneerivad membraanid vedelas fosfolipiidmaatriksis lahustatud globulaarsete integraalsete valkude kahemõõtmeline lahus. Seega põhinevad membraanid bimolekulaarsel lipiidikihil, mille molekulid on järjestatud.

Hüdrofiilse kihi moodustavad sel juhul fosfolipiidide polaarpea (fosfaadijääk, mille külge on kinnitatud koliini, etanoolamiin või seriin) ja ka glükolipiidide süsivesikute osa. Hüdrofoobne kiht - rasvhapete süsivesinikradikaalid ja sfingosiinfosfolipiidid ja glükolipiidid.

Membraani omadused:

1. Valikuline läbilaskvus. Suletud kaksikkiht tagab membraani ühe peamise omaduse: see on läbitungimatu enamiku vees lahustuvate molekulide suhtes, kuna need ei lahustu selle hüdrofoobses tuumas. Gaasidel, nagu hapnik, CO 2 ja lämmastik, on molekulide väikese suuruse ja nõrga koostoime tõttu lahustitega võime kergesti rakku tungida. Samuti tungivad lipiidse olemusega molekulid, näiteks steroidhormoonid, kergesti läbi kaksikkihi.

2. Likviidsus. Lipiidide kaksikkihil on vedelkristallstruktuur, kuna lipiidikiht on üldiselt vedel, kuid selles on kristallstruktuuridele sarnaseid tahkumisalasid. Kuigi lipiidimolekulide asend on järjestatud, säilitavad nad liikumisvõime. Võimalikud on kahte tüüpi fosfolipiidide liikumised: salto (teaduskirjanduses nimetatakse seda "flip-flopiks") ja külgmine difusioon. Esimesel juhul pöörduvad bimolekulaarses kihis üksteisele vastandlikud fosfolipiidimolekulid ümber (või salto) üksteise poole ja vahetavad membraanis kohti, s.t. väljast saab sisemus ja vastupidi. Sellised hüpped on seotud energiakuluga ja on väga haruldased. Sagedamini täheldatakse pöörlemisi ümber telje (pöörlemine) ja külgmist difusiooni – kihis membraani pinnaga paralleelset liikumist.

3. Membraanide asümmeetria. Sama membraani pinnad erinevad lipiidide, valkude ja süsivesikute koostiselt (ristasümmeetria). Näiteks väliskihis on ülekaalus fosfatidüülkoliinid, sisemises kihis aga fosfatidüületanoolamiinid ja fosfatidüülseriinid. Glükoproteiinide ja glükolipiidide süsivesikute komponendid tulevad välispinnale, moodustades pideva koti, mida nimetatakse glükokalüksiks. Sisepinnal pole süsivesikuid. Valgud – hormooniretseptorid paiknevad plasmamembraani välispinnal ja nende poolt reguleeritud ensüümid – adenülaattsüklaas, fosfolipaas C – sisemisel jne.

Membraanvalgud

Membraani fosfolipiidid toimivad membraanivalkude lahustina, luues mikrokeskkonna, milles viimased saavad toimida. Erinevate valkude arv membraanis varieerub 6-8-st sarkoplasmaatilises retikulumis kuni enam kui 100-ni plasmamembraanis. Need on ensüümid, transportvalgud, struktuurvalgud, antigeenid, sealhulgas peamise histo-sobivussüsteemi antigeenid, erinevate molekulide retseptorid.

Membraanis lokaliseerimisel jagunevad valgud integraalseteks (osaliselt või täielikult membraani sukeldatud) ja perifeerseteks (asuvad selle pinnal). Mõned integraalsed valgud läbistavad membraani korduvalt. Näiteks võrkkesta fotoretseptor ja β2-adrenergiline retseptor läbivad kaksikkihi 7 korda.

Aine ja teabe ülekanne läbi membraanide

Rakumembraanid ei ole tihedalt suletud vaheseinad. Membraanide üks põhifunktsioone on ainete ja teabe ülekande reguleerimine. Väikeste molekulide transmembraanne liikumine toimub 1) passiivse või hõlbustatud difusiooni teel ja 2) aktiivse transpordi teel. Suurte molekulide transmembraanne liikumine toimub 1) endotsütoosi ja 2) eksotsütoosi teel. Signaali edastamine läbi membraanide toimub plasmamembraani välispinnal paiknevate retseptorite abil. Sel juhul signaal kas transformeerub (näiteks glükagoon cAMP) või see on internaliseeritud, seostatuna endotsütoosiga (näiteks LDL-LDL retseptor).

Lihtne difusioon on ainete tungimine rakku mööda elektrokeemilist gradienti. Sel juhul ei nõuta energiakulusid. Lihtdifusiooni kiiruse määrab 1) aine transmembraanne kontsentratsioonigradient ja 2) lahustuvus membraani hüdrofoobses kihis.

Hõlbustatud difusiooni korral transporditakse aineid läbi membraani ka mööda kontsentratsioonigradienti, ilma energiakuludeta, kuid spetsiaalsete membraanikandjavalkude abil. Seetõttu erineb hõlbustatud difusioon passiivsest mitme parameetri poolest: 1) hõlbustatud difusiooni iseloomustab kõrge selektiivsus, kuna kandevalgul on ülekantud ainega komplementaarne aktiivne kese; 2) hõlbustatud difusiooni kiirus on võimeline saavutama platoo, kuna kandurmolekulide arv on piiratud.

Mõned transpordivalgud kannavad ainet lihtsalt membraani ühelt küljelt teisele. Sellist lihtsat ülekannet nimetatakse passiivseks uniportiks. Uniporti näide on GLUT, glükoosi transporter, mis transpordib glükoosi läbi rakumembraanide. Teised valgud toimivad kaastranspordisüsteemidena, milles ühe aine transport sõltub teise aine samaaegsest või järjestikusest transpordist kas samas suunas - sellist ülekannet nimetatakse passiivseks sümpordiks või vastupidises suunas - sellist ülekannet nimetatakse nn. passiivne antiport. Mitokondriaalse sisemembraani translokaasid, eriti ADP / ATP translokaas, toimivad vastavalt passiivsele pordivastasele mehhanismile.

Aktiivse transpordi korral toimub aine ülekanne kontsentratsioonigradiendi vastu ja on seetõttu seotud energiakuludega. Kui ligandide ülekandmine läbi membraani on seotud ATP energia kulutamisega, siis sellist ülekannet nimetatakse esmaseks aktiivseks transpordiks. Näiteks on inimese rakkude plasmamembraanis lokaliseeritud Na + K + -ATPaas ja Ca 2+ -ATPaas ning mao limaskesta H +,K + -ATPaas.

sekundaarne aktiivne transport. Mõnede ainete transport kontsentratsioonigradienti vastu sõltub Na + (naatriumioonide) samaaegsest või järjestikusest transpordist piki kontsentratsioonigradienti. Sel juhul, kui ligand kandub Na + -ga samas suunas, nimetatakse protsessi aktiivseks sümportiks. Aktiivse sümporti mehhanismi kohaselt imendub glükoos soole luumenist, kus selle kontsentratsioon on madal. Kui ligand kandub naatriumioonidele vastupidises suunas, nimetatakse seda protsessi aktiivseks antiportiks. Näiteks võib tuua plasmamembraani Na +,Ca 2+ soojusvaheti.

9.5.1. Üks membraanide põhifunktsioone on osalemine ainete transpordis. Seda protsessi pakuvad kolm peamist mehhanismi: lihtne difusioon, hõlbustatud difusioon ja aktiivne transport (joonis 9.10). Pidage meeles nende mehhanismide kõige olulisemad omadused ja transporditavate ainete näited.

Joonis 9.10. Molekulide transportimise mehhanismid läbi membraani

lihtne difusioon- ainete ülekandmine läbi membraani ilma spetsiaalsete mehhanismide osaluseta. Transport toimub mööda kontsentratsioonigradienti ilma energiatarbimiseta. Väikesed biomolekulid - H2O, CO2, O2, uurea, hüdrofoobsed madala molekulmassiga ained transporditakse lihtsa difusiooni teel. Lihtsa difusiooni kiirus on võrdeline kontsentratsiooni gradiendiga.

Hõlbustatud difusioon- ainete ülekandmine läbi membraani valgukanalite või spetsiaalsete kandevalkude abil. See viiakse läbi kontsentratsioonigradienti mööda ilma energiatarbimiseta. Transporditakse monosahhariide, aminohappeid, nukleotiide, glütserooli, mõningaid ioone. Iseloomulik on küllastuskineetika - ülekantava aine teatud (küllastava) kontsentratsiooni juures võtavad ülekandest osa kõik kandjamolekulid ja transpordikiirus jõuab piirväärtuseni.

aktiivne transport- nõuab ka spetsiaalsete kandevalkude osalemist, kuid ülekanne toimub kontsentratsioonigradienti vastu ja nõuab seetõttu energiat. Selle mehhanismi abil transporditakse läbi rakumembraani Na+, K+, Ca2+, Mg2+ ioonid, mitokondri membraani kaudu aga prootonid. Ainete aktiivset transporti iseloomustab küllastuskineetika.

9.5.2. Aktiivset ioonitransporti teostava transpordisüsteemi näide on Na+,K+ -adenosiintrifosfataas (Na+,K+ -ATPaas või Na+,K+ -pump). See valk asub plasmamembraani paksuses ja on võimeline katalüüsima ATP hüdrolüüsi reaktsiooni. 1 ATP molekuli hüdrolüüsil vabanevat energiat kasutatakse 3 Na + iooni kandmiseks rakust rakuvälisesse ruumi ja 2 K + iooni vastassuunas (joonis 9.11). Na +, K + -ATPaasi toime tulemusena tekib raku tsütosooli ja rakuvälise vedeliku kontsentratsioonide erinevus. Kuna ioonide transport on ebavõrdne, tekib elektripotentsiaalide erinevus. Seega tekib elektrokeemiline potentsiaal, mis on elektripotentsiaalide erinevuse energia Δφ ja ainete kontsentratsioonide erinevuse energia ΔС summa mõlemal pool membraani.

Joonis 9.11. Na+, K+ -pumba skeem.

9.5.3. Osakeste ja makromolekulaarsete ühendite ülekandmine läbi membraanide

Koos kandjate poolt läbiviidava orgaaniliste ainete ja ioonide transpordiga on rakus väga eriline mehhanism, mis on loodud makromolekulaarsete ühendite absorbeerimiseks ja rakust eemaldamiseks biomembraani kuju muutmise kaudu. Sellist mehhanismi nimetatakse vesikulaarne transport.

Joonis 9.12. Vesikulaarse transpordi tüübid: 1 - endotsütoos; 2 - eksotsütoos.

Makromolekulide ülekande käigus toimub membraaniga ümbritsetud vesiikulite (vesiikulite) järjestikune moodustumine ja sulandumine. Vastavalt transpordisuunale ja ülekantavate ainete olemusele eristatakse järgmisi vesikulaarse transpordi liike:

Endotsütoos(Joonis 9.12, 1) - ainete ülekandmine rakku. Sõltuvalt saadud vesiikulite suurusest on:

a) pinotsütoos - vedelate ja lahustunud makromolekulide (valgud, polüsahhariidid, nukleiinhapped) imendumine väikeste mullide (läbimõõduga 150 nm) abil;

b) fagotsütoos — suurte osakeste, nagu mikroorganismid või rakujäänused, imendumine. Sel juhul moodustuvad suured vesiikulid, mida nimetatakse fagosoomideks diameetriga üle 250 nm.

Pinotsütoos on iseloomulik enamikule eukarüootsetele rakkudele, samas kui suured osakesed imenduvad spetsialiseeritud rakkudesse - leukotsüüdid ja makrofaagid. Endotsütoosi esimeses etapis adsorbeeritakse ained või osakesed membraani pinnale, see protsess toimub ilma energiatarbimiseta. Järgmises etapis süveneb adsorbeeritud ainega membraan tsütoplasmasse; tekkivad plasmamembraani lokaalsed invaginatsioonid nööritakse rakupinnalt, moodustades vesiikulid, mis seejärel rändavad rakku. See protsess on ühendatud mikrokiudude süsteemiga ja on energiast sõltuv. Rakku sisenevad vesiikulid ja fagosoomid võivad lüsosoomidega ühineda. Lüsosoomides sisalduvad ensüümid lagundavad vesiikulites ja fagosoomides sisalduvad ained madala molekulmassiga saadusteks (aminohapped, monosahhariidid, nukleotiidid), mis transporditakse tsütosooli, kus rakk saab neid kasutada.

Eksotsütoos(Joonis 9.12, 2) - osakeste ja suurte ühendite ülekandmine rakust. See protsess, nagu endotsütoos, jätkub energia neeldumisega. Eksotsütoosi peamised tüübid on:

a) sekretsioon - kasutatavate või teisi keharakke mõjutavate veeslahustuvate ühendite eemaldamine rakust. Seda võivad läbi viia nii spetsialiseerimata rakud kui ka sisesekretsiooninäärmete rakud, seedetrakti limaskestad, mis on kohandatud nende poolt toodetavate ainete (hormoonid, neurotransmitterid, proensüümid) sekretsiooniks, sõltuvalt keha spetsiifilistest vajadustest. .

Sekreteeritud valgud sünteesitakse ribosoomidel, mis on seotud kareda endoplasmaatilise retikulumi membraanidega. Need valgud transporditakse seejärel Golgi aparaati, kus neid modifitseeritakse, kontsentreeritakse, sorteeritakse ja seejärel pakitakse vesiikulitesse, mis lõhustatakse tsütosooliks ja seejärel sulanduvad plasmamembraaniga nii, et vesiikulite sisu jääb rakust välja.

Erinevalt makromolekulidest transporditakse väikesed sekreteeritud osakesed, näiteks prootonid, rakust välja, kasutades hõlbustatud difusiooni ja aktiivseid transpordimehhanisme.

b) eritumist - ainete eemaldamine rakust, mida ei saa kasutada (näiteks erütropoeesi käigus retikulotsüütidest retikulaarse aine eemaldamine, mis on organellide agregeeritud jäänuk). Eritumise mehhanism seisneb ilmselt selles, et algul on vabanenud osakesed tsütoplasmaatilises vesiikulis, mis seejärel sulandub plasmamembraaniga.

rakumembraan

Rakumembraani pilt. Väikesed sinised ja valged pallid vastavad fosfolipiidide hüdrofoobsetele "peadele" ja nende külge kinnitatud jooned vastavad hüdrofiilsetele "sabadele". Joonisel on kujutatud ainult integraalsed membraanivalgud (punased gloobulid ja kollased spiraalid). Kollased ovaalsed täpid membraani sees - kolesterooli molekulid Kollakasrohelised helmeste ahelad membraani välisküljel - oligosahhariidahelad, mis moodustavad glükokalüksi

Bioloogiline membraan sisaldab ka erinevaid valke: integraalne (läbi membraani tungiv), poolintegraalne (ühest otsast sukeldatud välimisse või sisemisse lipiidikihti), pindmine (asub membraani välimisel või sisekülgede kõrval). Mõned valgud on rakumembraani kokkupuutepunktid tsütoskeletiga rakus ja rakuseinaga (kui see on olemas) väljaspool. Mõned integreeritud valgud toimivad ioonkanalite, erinevate transporterite ja retseptoritena.

Funktsioonid

• barjäär – tagab reguleeritud, selektiivse, passiivse ja aktiivse ainevahetuse keskkonnaga. Näiteks kaitseb peroksisoomi membraan tsütoplasmat rakule ohtlike peroksiidide eest. Selektiivne läbilaskvus tähendab, et membraani läbilaskvus erinevatele aatomitele või molekulidele sõltub nende suurusest, elektrilaengust ja keemilistest omadustest. Valikuline läbilaskvus tagab raku ja raku sektsioonide eraldamise keskkonnast ning varustamise vajalike ainetega.
• transport – läbi membraani toimub ainete transport rakku ja rakust välja. Transport läbi membraanide tagab: toitainete kohaletoimetamise, ainevahetuse lõpp-produktide eemaldamise, erinevate ainete eritumise, ioonsete gradientide loomise, ioonide optimaalse kontsentratsiooni säilitamise rakus, mis on vajalikud raku funktsioneerimiseks. rakulised ensüümid.
  Osakesed, mis mingil põhjusel ei suuda läbida fosfolipiidide kaksikkihti (näiteks hüdrofiilsete omaduste tõttu, kuna membraan on seest hüdrofoobne ega lase hüdrofiilsetel ainetel läbi või nende suure suuruse tõttu), kuid mis on raku jaoks vajalikud , võivad tungida läbi membraani spetsiaalsete kandevalkude (transporterite) ja kanalivalkude kaudu või endotsütoosi teel.
  Passiivse transpordi korral läbivad ained difusiooni teel kontsentratsioonigradienti mööda lipiidide kaksikkihti energiakuluta. Selle mehhanismi variant on hõlbustatud difusioon, mille puhul konkreetne molekul aitab ainel membraani läbida. Sellel molekulil võib olla kanal, mis laseb läbi ainult ühte tüüpi ainet.
  Aktiivne transport nõuab energiat, kuna see toimub kontsentratsioonigradiendi taustal. Membraanil on spetsiaalsed pumbavalgud, sealhulgas ATPaas, mis pumpab aktiivselt kaaliumiioone (K +) rakku ja pumpab sealt välja naatriumioone (Na +).
• maatriks - tagab membraanivalkude teatud suhtelise asukoha ja orientatsiooni, nende optimaalse interaktsiooni.
• mehaaniline - tagab raku autonoomia, selle rakusisesed struktuurid, aga ka ühenduse teiste rakkudega (kudedes). Rakuseintel on oluline roll mehaanilise funktsiooni tagamisel ja loomadel - rakkudevahelisel ainel.
• energia - fotosünteesi käigus kloroplastides ja rakuhingamise käigus mitokondrites toimivad nende membraanides energiaülekandesüsteemid, milles osalevad ka valgud;
• retseptor – mõned membraanis asuvad valgud on retseptorid (molekulid, millega rakk tajub teatud signaale).
  Näiteks veres ringlevad hormoonid toimivad ainult sihtrakkudele, millel on neile hormoonidele vastavad retseptorid. Neurotransmitterid (kemikaalid, mis juhivad närviimpulsse) seonduvad ka sihtrakkude spetsiifiliste retseptorvalkudega.
• ensümaatilised – membraanivalgud on sageli ensüümid. Näiteks sooleepiteelirakkude plasmamembraanid sisaldavad seedeensüüme.
• biopotentsiaalide genereerimise ja juhtimise rakendamine.
  Membraani abil hoitakse rakus konstantset ioonide kontsentratsiooni: K + iooni kontsentratsioon rakus on palju suurem kui väljaspool ja Na + kontsentratsioon palju madalam, mis on väga oluline, kuna see säilitab potentsiaalide erinevuse üle membraani ja tekitab närviimpulsi.
• raku markeerimine - membraanil on antigeenid, mis toimivad markeritena - "märgised", mis võimaldavad rakku tuvastada. Need on glükoproteiinid (st valgud, mille külge on kinnitatud hargnenud oligosahhariidide kõrvalahelad), mis täidavad "antennide" rolli. Arvukate külgahelate konfiguratsioonide tõttu on võimalik iga rakutüübi jaoks teha spetsiifiline marker. Markerite abil suudavad rakud teisi rakke ära tunda ja nendega koos tegutseda, näiteks moodustades elundeid ja kudesid. Samuti võimaldab see immuunsüsteemil võõraid antigeene ära tunda.

Biomembraanide ehitus ja koostis

Membraanid koosnevad kolmest lipiidide klassist: fosfolipiidid, glükolipiidid ja kolesterool. Fosfolipiidid ja glükolipiidid (lipiidid, mille külge on kinnitatud süsivesikud) koosnevad kahest pikast hüdrofoobsest süsivesiniku "sabast", mis on seotud laetud hüdrofiilse "peaga". Kolesterool jäigastab membraani, hõivates vaba ruumi hüdrofoobsete lipiidisabade vahel ja takistades nende paindumist. Seetõttu on madala kolesteroolisisaldusega membraanid paindlikumad, kõrge kolesteroolisisaldusega membraanid aga jäigemad ja rabedamad. Kolesterool toimib ka "sulgurina", mis takistab polaarsete molekulide liikumist rakust ja rakku. Membraanist olulise osa moodustavad valgud, mis tungivad sellesse ja vastutavad membraanide erinevate omaduste eest. Nende koostis ja orientatsioon erinevates membraanides on erinev.

Rakumembraanid on sageli asümmeetrilised, see tähendab, et kihid erinevad lipiidide koostiselt, üksiku molekuli üleminekult ühelt kihilt teisele (nn. plätu) on keeruline.

Membraani organellid

Need on suletud üksikud või omavahel ühendatud tsütoplasma osad, mis on hüaloplasmast eraldatud membraanidega. Ühemembraaniliste organellide hulka kuuluvad endoplasmaatiline retikulum, Golgi aparaat, lüsosoomid, vakuoolid, peroksisoomid; kahemembraaniliseks - tuum, mitokondrid, plastiidid. Erinevate organellide membraanide struktuur erineb lipiidide ja membraanivalkude koostise poolest.

Valikuline läbilaskvus

Rakumembraanidel on selektiivne läbilaskvus: nende kaudu difundeeruvad aeglaselt glükoos, aminohapped, rasvhapped, glütserool ja ioonid ning membraanid ise reguleerivad seda protsessi teatud määral aktiivselt – osad ained läbivad, teised aga mitte. Ainete rakku sisenemiseks või nende rakust väljapoole viimiseks on neli peamist mehhanismi: difusioon, osmoos, aktiivne transport ja ekso- või endotsütoos. Esimesed kaks protsessi on oma olemuselt passiivsed, st nad ei vaja energiat; kaks viimast on energiatarbimisega seotud aktiivsed protsessid.

Membraani selektiivne läbilaskvus passiivse transpordi ajal on tingitud spetsiaalsetest kanalitest - integraalsetest valkudest. Nad tungivad läbi ja läbi membraani, moodustades omamoodi läbipääsu. Elementidel K, Na ja Cl on oma kanalid. Kontsentratsioonigradiendi suhtes liiguvad nende elementide molekulid rakku sisse ja välja. Ärrituse korral avanevad naatriumioonikanalid ja naatriumiioonide sissevool rakku toimub järsult. Selle tulemuseks on membraanipotentsiaali tasakaalustamatus. Pärast seda taastatakse membraani potentsiaal. Kaaliumikanalid on alati avatud, nende kaudu sisenevad kaaliumiioonid aeglaselt rakku.

Vaata ka

Kirjandus

• Antonov V. F., Smirnova E. N., Ševtšenko E. V. Lipiidmembraanid faasisiirde ajal. - M .: Nauka, 1994.
• Gennis R. Biomembraanid. Molekulaarne struktuur ja funktsioonid: tõlge inglise keelest. = Biomembraanid. Molekulaarne struktuur ja funktsioon (autor Robert B. Gennis). - 1. väljaanne. - M .: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
• Ivanov V. G., Berestovski T. N. bioloogiliste membraanide lipiidide kaksikkiht. - M .: Nauka, 1982.
• Rubin A. B. Biofüüsika, õpik 2 kd. - 3. trükk, muudetud ja täiendatud. - M .: Moskva ülikooli kirjastus, 2004. -